本發(fā)明涉及細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

T細(xì)胞具有多種生物學(xué)功能，如直接殺傷靶細(xì)胞，輔助或抑制B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，對(duì)特異性抗原和促有絲分裂原的應(yīng)答反應(yīng)以及產(chǎn)生細(xì)胞因子等，成熟的T細(xì)胞經(jīng)血流分布至外周免疫器官的胸腺依賴區(qū)定居，并可經(jīng)淋巴管、外周血和組織液等進(jìn)行再循環(huán)，發(fā)揮細(xì)胞免疫及免疫調(diào)節(jié)等功能。成功培育T細(xì)胞，并將這種細(xì)胞大量注入患者體內(nèi)，以增強(qiáng)免疫系統(tǒng)成為一種可能。

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)T細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)主要采用兩種方法，一種為使用細(xì)胞培養(yǎng)皿，高品位的層流罩和二氧化碳培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)，這種方法效率較低，不能滿足臨床需求；另一種是通過中空纖維反應(yīng)器對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，其中一種培養(yǎng)裝置具體參見圖1，通過導(dǎo)流管依次連接的主循環(huán)泵1、氣體交換管2、培養(yǎng)管3和培養(yǎng)液主庫4，所述培養(yǎng)液主庫4上設(shè)置有與外界連通的排氣孔；其中，所述培養(yǎng)管3為中空纖維反應(yīng)器，所述導(dǎo)流管包括連接所述主循環(huán)泵1和所述氣體交換管2的第一導(dǎo)流管11、連接所述氣體交換管2和所述培養(yǎng)管3的第二導(dǎo)流管12、連接所述培養(yǎng)管3和所述培養(yǎng)液主庫4的第三導(dǎo)流管13以及連接所述培養(yǎng)液主庫4和所述主循環(huán)泵1的第四導(dǎo)流管14，所述第三導(dǎo)流管13通過第五導(dǎo)流管15與廢液儲(chǔ)罐5連通，其中，所述中空纖維反應(yīng)器3包括中空纖維管以及安裝所述中空纖維管的圓柱形的外殼，所述中空纖維管的內(nèi)部和外部分別形成培養(yǎng)液通道31和細(xì)胞生長(zhǎng)腔32，所述培養(yǎng)液通道31內(nèi)流經(jīng)所述培養(yǎng)液，所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32內(nèi)接種細(xì)胞，所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32與所述第五導(dǎo)流管通過第六導(dǎo)流管16連通，培養(yǎng)液可以經(jīng)所述中空纖維管的孔徑進(jìn)入所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32內(nèi)為所述細(xì)胞提供營養(yǎng)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，細(xì)胞培養(yǎng)所產(chǎn)生的廢液可經(jīng)第六導(dǎo)流管16排至廢液儲(chǔ)罐5中，在此過程中，細(xì)胞培養(yǎng)體系為封閉體系，現(xiàn)有技術(shù)中還難以對(duì)該封閉體系中細(xì)胞生長(zhǎng)過程中氣體的溶解量(例如：氧氣、二氧化碳等)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使得細(xì)胞難以在適宜穩(wěn)定的條件下生長(zhǎng)，因此，細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的調(diào)控制約了中空纖維反應(yīng)器在細(xì)胞培養(yǎng)方面的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境中的氣體溶解量進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)調(diào)控，為細(xì)胞培養(yǎng)提供穩(wěn)定生長(zhǎng)環(huán)境。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，包括：

通過培養(yǎng)液的循環(huán)導(dǎo)管連通的培養(yǎng)液輸送裝置以及中空纖維反應(yīng)器，所述中空纖維反應(yīng)器包括培養(yǎng)液通道和細(xì)胞生長(zhǎng)腔；所述培養(yǎng)液輸送裝置包括氣體溶解器，所述氣體溶解器包括殼體以及設(shè)置在所述殼體上的氣體進(jìn)口、培養(yǎng)液進(jìn)口和培養(yǎng)液出口，所述氣體溶解器通過所述培養(yǎng)液進(jìn)口和培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道形成循環(huán)回路；

與所述氣體進(jìn)口連通的氣體提供裝置，所述氣體提供裝置與所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有氣體流量調(diào)節(jié)閥；

與所述氣體流量調(diào)節(jié)閥電連接的控制系統(tǒng)；

所述培養(yǎng)液輸送裝置用于向所述培養(yǎng)液通道輸送培養(yǎng)液，所述控制系統(tǒng)用于控制所述氣體流量調(diào)節(jié)閥的開度對(duì)所述氣體提供裝置向所述氣體溶解器內(nèi)通入氣體的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述氣體溶解器的殼體內(nèi)設(shè)置有中空纖維管，所述中空纖維管將所述殼體內(nèi)空間分隔為培養(yǎng)液流經(jīng)側(cè)和氣體流通側(cè)，所述培養(yǎng)液流經(jīng)側(cè)與所述培養(yǎng)液進(jìn)口和所述培養(yǎng)液出口連通，所述氣體流通側(cè)與所述氣體進(jìn)口連通。

可選的，所述氣體提供裝置包括二氧化碳?xì)馄亢脱鯕鈿馄?，所述二氧化碳?xì)馄颗c所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有第一流量調(diào)節(jié)閥，所述氧氣氣瓶與所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有第二流量調(diào)節(jié)閥，所述控制系統(tǒng)與所述第一流量調(diào)節(jié)閥和所述第二流量調(diào)節(jié)閥電連接，用于對(duì)通入所述氣體溶解器內(nèi)的二氧化碳和氧氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)用于獲取二氧化碳的消耗模型和氧氣的消耗模型，并根據(jù)所述二氧化碳的消耗模型對(duì)所述第一流量調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得培養(yǎng)液的pH值保持在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，根據(jù)所述氧氣的消耗模型對(duì)所述第二流量調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得培養(yǎng)液的溶氧量保持在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

可選的，所述循環(huán)導(dǎo)管上設(shè)置有pH檢測(cè)器和溶氧量檢測(cè)器，所述控制系統(tǒng)與所述pH檢測(cè)器和所述溶氧量檢測(cè)器電連接，所述控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述pH檢測(cè)器發(fā)送的pH信號(hào)對(duì)所述第一流量調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得pH值保持在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；根據(jù)所述溶氧量檢測(cè)器發(fā)送的溶氧量信號(hào)對(duì)所述第二流量調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得溶氧量保持在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

優(yōu)選的，所述培養(yǎng)液輸送裝置還包括循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的輸出端與所述培養(yǎng)液進(jìn)口連通，輸入端與所述培養(yǎng)液通道的出口連通，所述循環(huán)泵與所述控制系統(tǒng)電連接；

所述系統(tǒng)還包括壓力擴(kuò)展箱；所述壓力擴(kuò)展箱內(nèi)充有氣體，所述壓力擴(kuò)展箱的底部與所述培養(yǎng)液通道或者所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔連通，所述控制系統(tǒng)還用于控制所述循環(huán)泵將培養(yǎng)液以脈沖波的形式流經(jīng)所述培養(yǎng)液通道，使得所述培養(yǎng)液通道和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的壓力差正負(fù)交替變化，所述壓力擴(kuò)展箱用于通過氣體容積變化使得所述培養(yǎng)液通道和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的壓力平衡。

進(jìn)一步的，所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔設(shè)置有第一壓力傳感器，所述氣體溶解器的培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道的進(jìn)口之間的循環(huán)導(dǎo)管上還設(shè)置有第二壓力傳感器，所述控制系統(tǒng)與所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器電連接，所述控制系統(tǒng)還用于獲取所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的代謝產(chǎn)物濃度增長(zhǎng)模型，并根據(jù)所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器發(fā)送的壓力控制所述循環(huán)泵以預(yù)設(shè)脈沖模型向所述培養(yǎng)液通道輸送培養(yǎng)液，使得所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的代謝產(chǎn)物濃度保持在第三預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：廢液輸送泵和廢液儲(chǔ)罐；

所述培養(yǎng)液輸送裝置還包括設(shè)置在所述中空纖維反應(yīng)器和所述循環(huán)泵之間的培養(yǎng)液緩沖罐，所述培養(yǎng)液緩沖罐的進(jìn)口與所述培養(yǎng)液通道的出口連通，出口與所述循環(huán)泵的輸入端連通；

所述廢液輸送泵的輸入端與所述培養(yǎng)液緩沖罐和所述培養(yǎng)液通道之間的管道連通，輸出端與所述廢液儲(chǔ)罐連通，所述控制系統(tǒng)與所述廢液輸送泵電連接；

所述控制系統(tǒng)還用于獲取所述培養(yǎng)液通道的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的增長(zhǎng)模型，若確定細(xì)胞代謝產(chǎn)物的預(yù)設(shè)閾值與所述培養(yǎng)液通道的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的濃度之間的差值小于等于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則控制所述廢液輸送泵開啟，將所述培養(yǎng)液通道的培養(yǎng)液輸送至廢液儲(chǔ)罐中。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括補(bǔ)液罐和培養(yǎng)液輸送泵；

所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔還包括進(jìn)口，所述補(bǔ)液罐的出口與所述培養(yǎng)液輸送泵的輸入端連通，所述培養(yǎng)液輸送泵的輸出端與所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的進(jìn)口連通，所述氣體溶解器的培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道連通的循環(huán)導(dǎo)管上還設(shè)置有溫度傳感器，所述補(bǔ)液罐與所述培養(yǎng)液輸送泵連通的管道上還設(shè)置有加熱器，所述控制系統(tǒng)與所述培養(yǎng)液輸送泵、溫度傳感器和加熱器電連接；

所述控制系統(tǒng)還用于獲取所述溫度傳感器發(fā)送的溫度信號(hào)，并對(duì)所述培養(yǎng)液輸送泵和所述加熱器的開啟與關(guān)閉進(jìn)行控制，使得所述培養(yǎng)液通道的溫度保持在第四預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

優(yōu)選的，所述培養(yǎng)液輸送泵和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔的進(jìn)口連通的管道上還設(shè)置有第三壓力傳感器，所述控制系統(tǒng)與所述第三壓力傳感器電連接，所述控制系統(tǒng)還用于根據(jù)所述第三壓力傳感器發(fā)送的壓力信號(hào)對(duì)所述培養(yǎng)液輸送泵輸送培養(yǎng)液的速度進(jìn)行控制，使得所述培養(yǎng)液輸送泵輸送培養(yǎng)液的速度保持在第五預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，通過設(shè)置氣體提供裝置，并將所述氣體提供裝置與所述進(jìn)氣口連通，能夠?yàn)樗鰵怏w溶解器的氣體流通側(cè)提供所需要的氣體，并且，通過控制系統(tǒng)控制所述氣體流量調(diào)節(jié)閥的開度，能夠?qū)α鹘?jīng)所述氣體流通側(cè)的氣體的流量進(jìn)行控制，為細(xì)胞培養(yǎng)提供穩(wěn)定的氣體，從而能夠?qū)λ雠囵B(yǎng)液中的氣體溶解量進(jìn)行自動(dòng)化控制，使得培養(yǎng)液適宜細(xì)胞培養(yǎng)，為細(xì)胞培養(yǎng)提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一種細(xì)胞循環(huán)培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)及其細(xì)胞培養(yǎng)方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)適用于任何細(xì)胞的擴(kuò)增，尤其適用于懸浮細(xì)胞和貼壁細(xì)胞的擴(kuò)增培養(yǎng)。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，參見圖2，包括：

通過培養(yǎng)液的循環(huán)導(dǎo)管連通的培養(yǎng)液輸送裝置以及中空纖維反應(yīng)器3，所述中空纖維反應(yīng)器3包括培養(yǎng)液通道31和細(xì)胞生長(zhǎng)腔32；所述培養(yǎng)液輸送裝置包括氣體溶解器2，所述氣體溶解器2包括殼體以及設(shè)置在所述殼體上的氣體進(jìn)口、培養(yǎng)液進(jìn)口和培養(yǎng)液出口，所述氣體溶解器2通過所述培養(yǎng)液進(jìn)口和培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道31形成循環(huán)回路；

與所述氣體進(jìn)口連通的氣體提供裝置(圖中01和02所示)，所述氣體提供裝置與所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有氣體流量調(diào)節(jié)閥(圖中a和b所示)；

與所述氣體流量調(diào)節(jié)閥電連接的控制系統(tǒng)100；

所述培養(yǎng)液輸送裝置用于向所述培養(yǎng)液通道31輸送培養(yǎng)液，所述控制系統(tǒng)100用于控制所述氣體流量調(diào)節(jié)閥的開度對(duì)所述氣體提供裝置向所述氣體溶解器2內(nèi)通入氣體的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種自動(dòng)化細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，通過設(shè)置氣體提供裝置，并將所述氣體提供裝置與所述進(jìn)氣口連通，能夠?yàn)樗鰵怏w溶解器2的氣體流通側(cè)提供所需要的氣體，并且，通過控制系統(tǒng)100控制所述氣體流量調(diào)節(jié)閥(a和b)的開度，能夠?qū)α鹘?jīng)所述氣體溶解器2的氣體的流量進(jìn)行控制，為細(xì)胞培養(yǎng)提供一定的氣體流量，從而能夠?qū)λ雠囵B(yǎng)液中的氣體溶解量進(jìn)行自動(dòng)化控制，使得培養(yǎng)液適宜細(xì)胞培養(yǎng)，為細(xì)胞培養(yǎng)提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，參見圖3，所述氣體溶解器2的殼體內(nèi)設(shè)置有中空纖維管21，所述中空纖維管21將所述殼體內(nèi)空間分隔為培養(yǎng)液流經(jīng)側(cè)22和氣體流通側(cè)23，所述培養(yǎng)液流經(jīng)側(cè)22與所述培養(yǎng)液進(jìn)口和所述培養(yǎng)液出口連通，所述氣體流通側(cè)23與所述氣體進(jìn)口連通。

通過設(shè)置中空纖維管21，使得氣體流通側(cè)23內(nèi)的氣體通過所述中空纖維管21擴(kuò)散入所述培養(yǎng)液流經(jīng)側(cè)22，能夠與培養(yǎng)液進(jìn)行充分接觸，提高氣體的溶解量。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述氣體提供裝置包括二氧化碳?xì)馄?1和氧氣氣瓶02，所述二氧化碳?xì)馄?1與所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有第一流量調(diào)節(jié)閥a，所述氧氣氣瓶02與所述氣體進(jìn)口之間設(shè)置有第二流量調(diào)節(jié)閥b，所述控制系統(tǒng)100與所述第一流量調(diào)節(jié)閥a和所述第二流量調(diào)節(jié)閥b電連接，用于對(duì)通入所述氣體溶解器2內(nèi)的二氧化碳和氧氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

通過設(shè)置二氧化碳?xì)馄亢脱鯕鈿馄?，能夠?yàn)樗雠囵B(yǎng)液提供二氧化碳?xì)怏w和氧氣，從而能夠?yàn)樗雠囵B(yǎng)液提供二氧化碳和氧氣，滿足細(xì)胞培養(yǎng)需求，同時(shí)，通過所述控制系統(tǒng)對(duì)通入所述氣體溶解器2中的氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)Χ趸己脱鯕獾娜芙饬窟M(jìn)行控制。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)100用于獲取二氧化碳的消耗模型和氧氣的消耗模型，并根據(jù)所述二氧化碳的消耗模型對(duì)所述第一流量調(diào)節(jié)閥a的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得培養(yǎng)液的pH值保持在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，根據(jù)所述氧氣的消耗模型對(duì)所述第二流量調(diào)節(jié)閥b的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得培養(yǎng)液的溶氧量保持在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

由于在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，二氧化碳主要起到調(diào)節(jié)pH值的作用，可以根據(jù)任意時(shí)刻培養(yǎng)液的pH值的變化情況和二氧化碳在所述培養(yǎng)液中的溶解度來控制所述二氧化碳的通入量，從而能夠?qū)ε囵B(yǎng)液的pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控；同時(shí)，細(xì)胞在培氧過程中會(huì)消耗少量的氧氣，可以根據(jù)任意時(shí)刻的細(xì)胞的耗氧速度和氧氣在所述培養(yǎng)液中的溶解度來控制氧氣的通入量，從而能夠及時(shí)溶解氧氣，控制溶氧量。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，參見圖3，所述循環(huán)導(dǎo)管上設(shè)置有pH檢測(cè)器03和溶氧量檢測(cè)器04，所述控制系統(tǒng)100與所述pH檢測(cè)器03和溶氧量檢測(cè)器04電連接，所述控制系統(tǒng)100用于根據(jù)所述pH檢測(cè)器03發(fā)送的pH信號(hào)對(duì)所述第一流量調(diào)節(jié)閥a的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得pH值保持在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；根據(jù)所述溶氧量檢測(cè)器04發(fā)送的溶氧量信號(hào)對(duì)所述第二流量調(diào)節(jié)閥b的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得溶氧量保持在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

通過所述pH檢測(cè)器03與所述溶氧量檢測(cè)器04對(duì)循環(huán)體系中的培養(yǎng)液的pH值和溶氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過所述控制系統(tǒng)100對(duì)二氧化碳的流量和氧氣的流量進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)ρh(huán)體系中的培養(yǎng)液的pH值和溶氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證為細(xì)胞提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，參見圖4，所述培養(yǎng)液輸送裝置還包括循環(huán)泵1，所述循環(huán)泵1的輸出端與所述培養(yǎng)液進(jìn)口連通，輸入端與所述培養(yǎng)液通道31的出口連通，所述循環(huán)泵1與所述控制系統(tǒng)100電連接；

所述細(xì)胞培養(yǎng)循環(huán)系統(tǒng)還包括壓力擴(kuò)展箱6；所述壓力擴(kuò)展箱6內(nèi)充有氣體，所述壓力擴(kuò)展箱6的底部與所述培養(yǎng)液通道31或者所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32連通，所述控制系統(tǒng)100還用于控制所述循環(huán)泵1將培養(yǎng)液以脈沖波的形式流經(jīng)所述培養(yǎng)液通道31，使得所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的壓力差正負(fù)交替變化，所述壓力擴(kuò)展箱6用于通過氣體容積變化使得所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的壓力平衡。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過設(shè)置壓力擴(kuò)展箱6，并通過所述控制系統(tǒng)控制循環(huán)泵1以脈沖波的形式輸送培養(yǎng)液，使得所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的壓力差正負(fù)交替變化。當(dāng)所述壓力差為正時(shí)，所述培養(yǎng)液通道31的培養(yǎng)液進(jìn)入所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32，壓力擴(kuò)展箱6的氣體容積被壓縮，直至壓力平衡。當(dāng)所述壓力差為負(fù)時(shí)，所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32內(nèi)的廢液進(jìn)入所述培養(yǎng)液通道31，壓力擴(kuò)展箱6的氣體容積增大，直至壓力平衡，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液和廢液的交換，這樣，廢液中對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有利的營養(yǎng)物質(zhì)能夠被培養(yǎng)液帶入循環(huán)體系為細(xì)胞所用，還能夠不斷進(jìn)行培養(yǎng)液更新，減少培養(yǎng)液的消耗。

針對(duì)不同的細(xì)胞種類，培養(yǎng)液和廢液的交換量也有所不同，并且所施加給所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32之間的壓力差也會(huì)有所不同，以所述貼壁細(xì)胞與所述懸浮細(xì)胞為例進(jìn)行說明，在對(duì)懸浮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，可以直接將懸浮細(xì)胞接種于細(xì)胞生長(zhǎng)腔32內(nèi)，細(xì)胞呈懸浮狀態(tài)，而在對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，需要對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的表面進(jìn)行預(yù)處理，例如，當(dāng)所述中空纖維管的內(nèi)部為細(xì)胞生長(zhǎng)腔32時(shí)，則在所述中空纖維管的內(nèi)壁上鋪設(shè)一層蛋白，使得細(xì)胞能夠附著于所述中空纖維管的內(nèi)壁進(jìn)行貼壁培養(yǎng)。反之亦然。因此，通常貼壁細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液和廢液的交換，所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32之間的壓力差略大于懸浮細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)的壓力差。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，參見圖4，所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32設(shè)置有第一壓力傳感器05，所述氣體溶解器2的培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道31的進(jìn)口之間的循環(huán)導(dǎo)管上還設(shè)置有第二壓力傳感器06，所述控制系統(tǒng)100與所述第一壓力傳感器05和所述第二壓力傳感器06電連接，所述控制系統(tǒng)100還用于獲取所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的代謝產(chǎn)物濃度增長(zhǎng)模型，并根據(jù)所述第一壓力傳感器05和所述第二壓力傳感器06發(fā)送的壓力控制所述循環(huán)泵1以預(yù)設(shè)脈沖模型向所述培養(yǎng)液通道31輸送培養(yǎng)液，使得所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的代謝產(chǎn)物濃度保持在第三預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

通過對(duì)培養(yǎng)液和廢液實(shí)現(xiàn)交換的同時(shí)，控制所述循環(huán)泵1將培養(yǎng)液以預(yù)設(shè)脈沖模型流經(jīng)所述培養(yǎng)液通道31，能夠?qū)ε囵B(yǎng)液和廢液的交換量以及交換頻率進(jìn)行控制，從而使得所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔內(nèi)的代謝產(chǎn)物濃度不至于過高而對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。示例性的，所述預(yù)設(shè)脈沖模型的脈沖波可以為方形波、正弦波等，所述預(yù)設(shè)脈沖模型的波峰和波谷之間的差值也可大可小。培養(yǎng)液和廢液的單位時(shí)間內(nèi)的交換量與所述預(yù)設(shè)脈沖模型的波峰和波谷的大小以及脈沖頻率均有關(guān)系，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者理論計(jì)算來確定所述預(yù)設(shè)脈沖模型的具體形式，只要能夠使得培養(yǎng)液和廢液進(jìn)行及時(shí)交換，降低所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32內(nèi)的代謝產(chǎn)物濃度即可。

還需要說明的是，隨著細(xì)胞的培養(yǎng)，代謝產(chǎn)物不斷增多，使得所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔內(nèi)的培養(yǎng)液粘稠度增大，為了提高培養(yǎng)液和廢液的交換效果，還可以通過逐漸縮短所述脈沖波的時(shí)間周期或/和增大所述培養(yǎng)液通道和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔之間的壓力差來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)100還用于接收所述第二壓力傳感器06反饋的壓力信號(hào)，并根據(jù)反饋的壓力信號(hào)對(duì)所述循環(huán)泵1的脈沖信號(hào)進(jìn)行校正。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過閉環(huán)控制，使得所述循環(huán)泵1以穩(wěn)定的脈沖信號(hào)進(jìn)行運(yùn)行，并對(duì)所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的壓力差穩(wěn)定變化。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，參見圖5，所述壓力擴(kuò)展箱6的頂部設(shè)置有第一管道61，所述第一管道61上設(shè)置有第三閥門c；

所述壓力擴(kuò)展箱6外側(cè)從上到下分別在第一高度和第二高度處設(shè)置有第一液面?zhèn)鞲衅?7和第二液面?zhèn)鞲衅?8，所述控制系統(tǒng)100分別與所述第一液面?zhèn)鞲衅?7、第二液面?zhèn)鞲衅?8和第三閥門c電連接，所述控制系統(tǒng)100用于在所述第一液面?zhèn)鞲衅?7檢測(cè)到培養(yǎng)液的液面高度達(dá)到第一高度時(shí)控制所述第三閥門c開啟，向所述壓力擴(kuò)展箱6內(nèi)氣體，在所述第二液面?zhèn)鞲衅?8檢測(cè)到培養(yǎng)液的液面高度到達(dá)第二高度時(shí)控制所述第三閥門c開啟，從所述壓力擴(kuò)展箱6內(nèi)放出部分氣體，使得所述培養(yǎng)液的液面高度保持在第一高度和第二高度之間。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過第一液面?zhèn)鞲衅?7和所述第二液面?zhèn)鞲衅?8，能夠?qū)λ鰤毫U(kuò)展箱6內(nèi)的氣體量進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，使得所述壓力擴(kuò)展箱6內(nèi)的氣體容積保持在一定的范圍內(nèi)，便于對(duì)培養(yǎng)液和廢液的交換量進(jìn)行控制。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括廢液儲(chǔ)罐5和廢液輸送泵51，

所述培養(yǎng)液輸送裝置還包括設(shè)置在所述中空纖維反應(yīng)器3和所述循環(huán)泵1之間的培養(yǎng)液緩沖罐4，所述培養(yǎng)液緩沖罐4的進(jìn)口與所述培養(yǎng)液通道31的出口連通，出口與所述循環(huán)泵1的輸入端連通；

所述廢液輸送泵51的輸入端與所述培養(yǎng)液緩沖罐4和所述培養(yǎng)液通道31之間的管道連通，輸出端與所述廢液儲(chǔ)罐5連通，所述控制系統(tǒng)100與所述廢液輸送泵51電連接；

所述控制系統(tǒng)100還用于獲取所述培養(yǎng)液通道31的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的增長(zhǎng)模型，若確定細(xì)胞代謝產(chǎn)物的預(yù)設(shè)閾值與所述培養(yǎng)液通道31的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的濃度之間的差值小于等于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則控制所述廢液輸送泵51開啟，將所述培養(yǎng)液通道31的培養(yǎng)液輸送至廢液儲(chǔ)罐5中。

其中，所述培養(yǎng)液通道31的細(xì)胞代謝產(chǎn)物的增長(zhǎng)模型可以通過經(jīng)驗(yàn)獲取，也可以通過實(shí)驗(yàn)獲取，在通過實(shí)驗(yàn)獲取時(shí)，可以繪制細(xì)胞代謝產(chǎn)物在任意時(shí)間段內(nèi)的變化曲線，通過該變化曲線，可以根據(jù)任意時(shí)刻的代謝產(chǎn)物濃度的增長(zhǎng)速度和任一時(shí)間段計(jì)算任意時(shí)刻的代謝產(chǎn)物的濃度，若確定所述代謝產(chǎn)物的濃度與預(yù)設(shè)閾值之間的差值小于等于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則控制所述廢液輸送泵51開啟，將培養(yǎng)液輸送至所述廢液儲(chǔ)罐5中。隨著細(xì)胞生長(zhǎng)的進(jìn)行，培養(yǎng)液和廢液的不斷交換，當(dāng)所述培養(yǎng)液通道31的培養(yǎng)液中的代謝產(chǎn)物濃度較高，不適于細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)，可以將其排至所述廢液儲(chǔ)罐5中。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，參見圖6，所述系統(tǒng)還包括補(bǔ)液罐7和培養(yǎng)液輸送泵71；

所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32還包括進(jìn)口，所述補(bǔ)液罐7的出口與所述培養(yǎng)液輸送泵71的輸入端連通，所述培養(yǎng)液輸送泵71的輸出端與所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的進(jìn)口連通，所述氣體溶解器2的培養(yǎng)液出口與所述培養(yǎng)液通道31連通的循環(huán)導(dǎo)管上還設(shè)置有溫度傳感器09，所述補(bǔ)液罐7與所述培養(yǎng)液輸送泵71連通的管道上還設(shè)置有加熱器8，所述控制系統(tǒng)100與所述培養(yǎng)液輸送泵71、溫度傳感器09和加熱器8電連接；

所述控制系統(tǒng)100還用于獲取所述溫度傳感器09發(fā)送的溫度信號(hào)，并對(duì)所述培養(yǎng)液輸送泵71和所述加熱器8的開啟與關(guān)閉進(jìn)行控制，使得所述培養(yǎng)液通道31的溫度保持在第四預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

在循環(huán)培養(yǎng)過程中，所述培養(yǎng)液通道31所體現(xiàn)的溫度與所述中空纖維反應(yīng)器3內(nèi)部的溫度基本一致，通過對(duì)循環(huán)體系的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)所檢測(cè)到的溫度通過控制所述培養(yǎng)液輸送泵71輸送培養(yǎng)液并對(duì)其加熱或者不加熱器，能夠?qū)λ雠囵B(yǎng)液輸送泵71輸送的培養(yǎng)液的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的培養(yǎng)液的交換，能夠?qū)λ鲅h(huán)體系的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得細(xì)胞在溫度適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述培養(yǎng)液輸送泵71和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的進(jìn)口連通的管道上還設(shè)置有第三壓力傳感器010，所述控制系統(tǒng)100與所述第三壓力傳感器010電連接，所述控制系統(tǒng)100還用于根據(jù)所述第三壓力傳感器010發(fā)送的壓力信號(hào)對(duì)所述培養(yǎng)液輸送泵71輸送培養(yǎng)液的速度進(jìn)行控制，使得所述1培養(yǎng)液輸送泵71輸送培養(yǎng)液的速度保持在第五預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過第三壓力傳感器010對(duì)所述培養(yǎng)液輸送泵72輸送培養(yǎng)液的壓力進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，能夠通過所述控制系統(tǒng)100對(duì)所述培養(yǎng)液通道31和所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔32的壓力差進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)ε囵B(yǎng)液和廢液的交換頻率和交換量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述循環(huán)體系的溫度的準(zhǔn)確調(diào)控。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，參見圖7，所述系統(tǒng)還包括補(bǔ)液泵72，所述補(bǔ)液泵72的輸入端與所述補(bǔ)液罐7連通，輸出端與所述培養(yǎng)液緩沖罐4的進(jìn)口連通，所述培養(yǎng)液緩沖罐4從上到下分別在第三高度和第四高度處設(shè)置有第三液面?zhèn)鞲衅?11和第四液面?zhèn)鞲衅?12，所述控制系統(tǒng)100還用于所述第三液面?zhèn)鞲衅?11檢測(cè)到培養(yǎng)液的液面高度達(dá)到第三高度時(shí)控制所述補(bǔ)液泵72關(guān)閉，停止向所述培養(yǎng)液緩沖罐4中補(bǔ)液；在所述第四液面?zhèn)鞲衅?10檢測(cè)到培養(yǎng)液的液面高度到達(dá)第四高度時(shí)控制所述補(bǔ)液泵72開啟，向所述培養(yǎng)液緩沖罐4中補(bǔ)液，使得所述培養(yǎng)液緩沖罐4中培養(yǎng)液的液面高度保持在第三高度和第四高度之間。

在通過所述補(bǔ)液罐7向所述培養(yǎng)液通道32和/或所述細(xì)胞生長(zhǎng)腔33進(jìn)行補(bǔ)液時(shí)，通過對(duì)所述培養(yǎng)液緩沖罐4的液面高度進(jìn)行監(jiān)控，能夠避免所述培養(yǎng)液緩沖罐4內(nèi)培養(yǎng)液不足造成循環(huán)中斷，也能夠防止所述培養(yǎng)液緩沖罐4內(nèi)培養(yǎng)液過多而溢出。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。