[發明專利]一種小型化空間實驗用細胞培養裝置

在審

• 申請號: 201610069101.3
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105602846A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 李曉瓊;楊春華;鄧玉林;樊云龍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

本發明提供一種小型化空間實驗用細胞培養裝置，能夠在空間及同等惡劣環境下自主控制細胞培養過程及在線觀測。包括高強度承載機構、環境參數測控單元、在線觀測單元和細胞培養芯片單元；其中：所述高強度承載機構為細胞培養芯片單元提供支持結構和保溫環境；所述環境參數測控單元對細胞培養環境的溫度、濕度、CO2氣體濃度進行檢測，并將檢測信息發送給測控組件，實現環境參數反饋調節；所述細胞培養芯片單元為微流控芯片或其它微型培養器件提供支持結構和氣液流路接口；所述在線觀測單元為細胞培養過程的實時觀測提供照明調節、適用于光學顯微鏡觀測的窗口結構。

技術領域

本發明屬于微全分析系統的空間生物實驗技術領域，涉及自主控制細胞體外培養和觀測過程的微流控芯片、動態培養裝置及方法，特別涉及一種小型化空間實驗用細胞培養裝置。

背景技術

細胞體外培養技術是細胞生物學研究的基礎，在生物技術研究領域占有十分重要的位置。常規的細胞培養使用細胞培養瓶、CO2培養箱等裝置來培養細胞，不能精確重現體內的微環境，且不適用于細胞長時間的在線觀測。九十年代以年來微流控技術的發展為細胞培養提供了新的思路和方法。微流控芯片的通道尺寸一般在幾十至幾百微米，和細胞的尺寸大致相當，能夠從空間和時間上對流體進行精確地控制，節省大量的試劑和細胞，具有傳統細胞培養技術無可比擬的優勢。微流控芯片上的細胞培養技術已經在細胞遷移、藥物篩選、細胞分化等領域得到廣泛應用。

針對芯片上的細胞培養，長時間和高通量是兩個基本的要求，此外還有可控性、可觀察性等多方面的要求。在培養過程中進行實時的形態觀察，生化檢測、微環境調控等操作時往往都會有污染的風險，同時也不利于保證實驗的重復性和平行性，為實驗帶來了難度和風險。自動化的培養能夠大大降低這些風險和難度，國內外一些基于微芯片的自動化細胞培養裝置大多體積龐大、功耗高、價格昂貴，并受加工要求高等條件限制，很難滿足空間搭載等實驗環境對小型化、低功耗、高可靠性等要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型化空間實驗用細胞培養裝置，能夠在空間及同等惡劣環境下自主控制細胞培養過程及在線觀測。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種小型化空間實驗用細胞培養裝置，包括高強度承載機構、環境參數測控單元、在線觀測單元和細胞培養芯片單元；其中：

所述高強度承載機構為細胞培養芯片單元提供支持結構和保溫環境；

所述環境參數測控單元對細胞培養環境的溫度、濕度、CO2氣體濃度進行檢測，并將檢測信息發送給測控組件，實現環境參數反饋調節；

所述細胞培養芯片單元為微流控芯片或其它微型培養器件提供支持結構和氣液流路接口；

所述在線觀測單元為細胞培養過程的實時觀測提供照明調節、適用于光學顯微鏡觀測的窗口結構。

進一步地，所述高強度承載機構采用鋁合金作為結構材料，為內外膽雙層結構形式，外層結構起到整體支撐和良好散熱的作用，能夠滿足空間搭載實驗環境苛刻的力學要求；內層結構為細胞培養芯片提供穩定的培養環境，并支持對培養過程進行實時觀測。

進一步地，內外層結構之間填充隔熱材料，以提高內部環境的熱穩定性，有效降低熱控功耗。

進一步地，所述環境參數測控單元采用半導體加熱制冷片結合溫度傳感器實現對裝置內部微環境溫度的反饋調節。

進一步地，小型化的濕度傳感器和CO2傳感器對裝置內的濕度和CO2氣體濃度進行檢測，為參數調節提供反饋信號。