细胞培养箱及其控制方法与流程

1.本发明涉及细胞培养技术领域，具体提供一种细胞培养箱及其控制方法。


背景技术：

2.随着现代生物工程技术的发展，细胞培养装置是实现细胞、生物组织稳定培养的重要科研设备，广泛应用于生物相关学科包括遗传学、微生物学、细胞生物学等方面的新技术研究和开发中。
3.细胞培养箱在模拟细胞生存、培养环境时，对温湿度等参数的控制要求高，通常通过加热装置及加湿水盘来维持箱内温度及高湿度。但是在培养过程中，由于箱内的高湿环境，若箱体工作空间某点温度低于露点温度，则极易产生凝露现象，使箱内细胞培养过程成受到污染影响的可能性增加，甚至导致细胞培养失败。
4.为了解决以上问题，公告号为cn207958382u的专利提供了一种实验室培养箱，该专利公开了在培养箱上设置冷凝区域，使得冷凝水尽可能产生在该冷凝区域，以保证其他区域不被冷凝水可能的污染带来风险。
5.虽然上述方案解决了现有技术中的问题，现有的细胞培养箱通过底部加湿盘加湿的方式，使箱内在正常培养时，湿度可达95％及以上，能够满足细胞培养过程中的高湿度环境的培养要求，但是不能满足部分用户低湿度环境的培养要求。另外，当处于高环温工况且箱内温度接近环温时，由于箱内外温度差异小，此时箱内仅需少量热量即可达到箱内温度，这种情况下，加热装置功率降低，多数加热面以极低功率进行工作或者不需工作，仅通过箱内风机工作散热即可达到设定值，通过风机的散热量达到设定值的方式使箱内温度控制变得不精准甚至不可控，此时温度控制难度增加。
6.因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有不能满足低湿环境需求以及温度控制不精准的问题。
8.在第一方面，本发明提供一种细胞培养箱，所述细胞培养箱包括内胆和冷凝装置，所述冷凝装置包括冷凝风箱和冷凝风机；所述冷凝风箱内设置有冷凝风道，所述冷凝风机设置在所述冷凝风道内；所述冷凝风箱上设有与所述冷凝风道连通的吸风口和排风口；所述冷凝风箱的至少一个侧面与所述内胆连接。
9.在采用上述技术方案的情况下，外界空气在冷凝风机的作用下，能够经吸风口进入冷凝风道，与经由内胆所传导的热量进行热交换后，经排风口排出。冷凝风机在工作时，能够促使外界空气进入冷凝风道，并加快冷凝风道内空气的循环流动，从而加快与内胆之间的换热效率。
10.在上述细胞培养箱的具体实施方式中，所述吸风口设置在所述冷凝风箱的中间部分，所述排风口设置在所述冷凝风箱的两侧，所述冷凝风机设置在所述吸风口处。
11.在上述细胞培养箱的具体实施方式中，所述冷凝风道口径由吸风口向排风口逐渐收窄后逐渐放宽。
12.在采用上述技术方案的情况下，能够加快空气在冷凝风道内流速，促使空气循环流动，进而提高换热效率。而且，该冷凝风道的结构与普通的冷凝风道结构相比，在实现同样流速的条件下，冷凝风机所需的功率相对较低，从而节约能耗。
13.在上述细胞培养箱的具体实施方式中，所述冷凝风箱内部与所述内胆贴合的一侧设有散热翅片；并且/或者，所述冷凝风箱内部与所述内胆贴合的一侧上设置有安装孔，在所述安装孔内设置有导热件。
14.在采用上述技术方案的情况下，提高热传导效果，同时，能够增加冷凝风道与空气的接触面积，便于更好的散热。
15.在上述细胞培养箱的具体实施方式中，所述内胆的外侧设置有保温层，所述内胆靠近所述后侧底面的部分未设置保温层，所述冷凝装置贴合在未设置保温层的部分的所述内胆的外侧。
16.在采用上述技术方案的情况下，未对冷凝装置与内胆所贴合处进行保温，便于内胆内部的热量传导至冷凝装置，并在冷凝装置的作用下，进行散热，以使该处位置的温度低于内胆其他部位，形成冷凝点。
17.在第二方面，本发明还提供一种细胞培养箱的控制方法，所述细胞培养箱包括内胆和冷凝装置，所述冷凝装置包括冷凝风箱和冷凝风机；所述冷凝风箱内设置有冷凝风道，所述冷凝风机设置在所述冷凝风道内；所述冷凝风箱上设有与所述冷凝风道连通的吸风口和排风口；所述冷凝风箱的至少一个侧面与所述内胆连接；所述控制方法包括：接收培养模式的指令；基于接收的指令，选择性地控制所述细胞培养箱进入高湿模式或低湿模式。
18.在上述细胞培养箱的控制方法的具体实施方式中，所述高湿模式包括：控制所述冷凝风机不启动；并且/或者，所述低湿模式包括：控制所述冷凝风机启动第一预设时间。
19.在上述细胞培养箱的控制方法的具体实施方式中，所述控制方法还包括：当获取到细胞培养箱开门并关门，并且所述细胞培养箱处于低湿模式时，控制所述冷凝风机延迟第二预设时间后启动。
20.在上述细胞培养箱的控制方法的具体实施方式中，所述细胞培养箱还设置有用于所述内胆升温的加热元件，所述控制方法还包括，获取所述细胞培养箱所处的环境温度ta；获取所述细胞培养箱的预设温度tb；获取所述细胞培养箱的实时温度tc；当t
b-ta≤预设温差a时，控制所述细胞培养箱进入高环温精准控温模式；其中，所述高环温精准控温模式包括：当tc＞tb时，控制所述冷凝风机启动，所述加热元件不启动。
21.在上述细胞培养箱的控制方法的具体实施方式中，当tc≤tb时，控制所述加热元件和所述冷凝风机均启动。
22.在采用上述技术方案的情况下，本发明通过控制冷凝风机启动，使细胞培养箱实现低湿模式，满足用户对低湿培养的需求。本发明还能够实现在细胞培养箱处于低湿模式下，开门取样后箱内湿度的快速恢复，以保证细胞培养的正常进行。
23.此外，通过采用冷凝风机与加热元件相配合，提高了高环温工况下温度控制的可能性及稳定性，实现高环温下温度控制波动度达标，满足宽环温或环温波动大的环境下培养箱的温度控制，使控温更加精准、简易。
附图说明
24.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
25.图1是本发明的细胞培养箱中冷凝装置的安装位置结构示意图；
26.图2是本发明的细胞培养箱中冷凝装置的结构示意图；
27.图3是图1中a-a方向的剖视图；
28.图4是图1中a-a方向又一种结构形式的剖视图；
29.附图标记列表：
30.1、冷凝装置；11、冷凝风箱；111、冷凝风道；112、吸风口；113、排风口；114、第一挡板；115、第二挡板；116、第三挡板；117、第四挡板；12、冷凝风机；13、散热翅片；14、导热件；
31.2、内胆。
具体实施方式
32.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
33.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“内”、“外”、“后侧”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示相关装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，序数词“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.首先参照图1和图2，其中，图1是本发明的细胞培养箱中冷凝装置的安装位置结构示意图，图2是本发明的细胞培养箱中冷凝装置的结构示意图。
36.如图1所示，本发明提供一种细胞培养箱，该细胞培养箱包括内胆2和冷凝装置1，冷凝装置1安装在内胆2的外侧且靠近于后侧底面处，能够使内胆2内部的热量大量集中在冷凝装置1所在位置处，使细胞培养箱在冷凝装置1所在位置处形成冷凝点，以使细胞培养箱内的湿气在该处汇集成凝露，降低细胞培养过程中受污染影响的可能性。
37.如图1-图4所示，冷凝装置1包括冷凝风箱11和冷凝风机12，冷凝风箱11包括依次连接且围成冷凝风道111的第一挡板114、第二挡板115、第三挡板116和第四挡板117，冷凝风机12设置在冷凝风道111内，冷凝风箱11上设有与冷凝风道111连通的吸风口112和排风口113。外界空气在冷凝风机12的作用下，能够经吸风口112进入冷凝风道111，与经由内胆2所传导的热量进行热交换后，经排风口113排出。冷凝风机12在工作时，能够促使外界空气进入冷凝风道111，并加快冷凝风道111内空气的循环流动，从而加快与内胆2之间的换热效率。
38.其中，冷凝风机12由24v直流电源控制。
39.冷凝风箱11的至少一个侧面与内胆2连接，以保证内胆2与冷凝风箱11之间的热传
导。在本实施方式中，如图1所示，冷凝风箱11的背侧与内胆2贴合连接。这样设置的话，能够确保在不占用内胆2内部空间的情况下，还能够保证内胆2与冷凝风箱11之间的热传导效率。本领域技术人员还可以根据需要，冷凝风箱11的多个侧面与内胆2连接，例如，将冷凝风箱11的背侧、上侧、下侧、左侧和右侧与内胆2连接，此时，在内胆2上开设有安装槽，冷凝风箱11嵌设安装在该安装槽内。
40.继续如图2、图3和图4所示，吸风口112设置在冷凝风箱11的中间部分，排风口113设置在冷凝风箱11的两侧，冷凝风机12设置在吸风口112处。这样设置的话，在冷凝风机12的作用下，使得外界空气由中间吸入，两侧排出，能够加快空气循环流动。本领域技术人员能够理解的是，尽管上面是结合图2、图3和图4进行描述，但是这并不是限制性的。例如，本领域技术人员也可以根据需要，将冷凝风机12设置在排风口113处，也可以将排风口113和吸风口112设置在冷凝风箱11的两侧等，上述这些调整并不偏离本发明的原理，因此也将落入本发明的保护范围之内。
41.如图4所示，冷凝风道111口径由吸风口112向排风口113逐渐收窄后逐渐放宽。这样设置的话，使得冷凝风道111自吸风口112至排风口113方向构成文丘里管的结构，结合文丘里效应的原理，冷凝风道111在其收窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，使得气体的速度因为通流横截面面积减小而上升，同时，整个涌流都要在同一时间内经历风道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，该压力差给流体提供一个外在吸力，从而加快空气在冷凝风道111内流速，促使空气循环流动，进而提高换热效率。而且，该冷凝风道111的结构与普通的冷凝风道结构相比，在实现同样流速的条件下，冷凝风机12所需的功率相对较低，从而节约能耗。
42.如图1-图4所示，冷凝风箱11内部与内胆2贴合的一侧设有散热翅片13。该散热翅片13具有热传导作用，便于内胆2内部的热量传导至冷凝风箱11内，并通过流经冷凝风箱11内的循环空气带出，同时，散热翅片13的设置还能够增加冷凝风道111与空气的接触面积，便于更好的散热。
43.如图1和图4所示，冷凝风箱11内部的散热翅片13在其内部收窄处相较于其他位置分布更加密集，使该处的热传导效果较其他位置更佳，而且，由于该处气流流速最大，从而便于更好的将热量带出，加快冷凝风箱11与内胆2之间的换热效率。
44.如图1、图3和图4所示，冷凝风箱11内部与内胆2贴合的一侧上设置有安装孔(图中未示出)，在安装孔内设置有导热件14。该导热件14与散热翅片13同样具有热传导的作用。
45.结合上述所描述的散热翅片13和导热件14，本领域技术人员可以根据需要，择一选择在冷凝风箱11内部安装有散热翅片13或导热件14，也可以在冷凝风箱11内部同时安装有散热翅片13和导热件14。而且，本领域技术人员还可以根据需要，选择散热翅片13和导热件14的具体安装位置和分布密集程度。优选地，如图4所示，在冷凝风箱11内部收窄处相较于其他位置分布更加密集，以提高热传导效率。
46.其中，散热翅片13和导热件14采用导热性好的材质制成，例如，铝、铜等。
47.进一步地，内胆2的外侧设置有保温层(图中未示出)，内胆2靠近后侧底面的部分未设置保温层，冷凝装置1贴合在未设置保温层的部分的内胆的外侧。这样设置的话，未对冷凝装置1与内胆2所贴合处进行保温，便于内胆2内部的热量传导至冷凝装置1，并在冷凝装置1的作用下，进行散热，以使该处位置的温度低于内胆其他部位，形成冷凝点。
48.本发明还提供一种细胞培养箱的控制方法，控制方法包括：接收培养模式的指令，该指令具体包括：(1)正常培养指令；(2)设备运行指令。基于上述所接收的指令，选择性地控制细胞培养箱进入高湿模式或低湿模式。其中，高湿模式包括：控制冷凝风机12不启动。低湿模式包括：控制冷凝风机12启动第一预设时间。
49.具体而言，当接收到正常培养指令时，控制细胞培养箱进入高湿模式，由于冷凝装置1与内胆2所贴合位置处未设置有保温层，便于内胆2内部的热量在该处进行热传导，且控制冷凝风机12不启动，使该处进行自然散热，从而使该处形成自然冷凝点，促使内胆2内的湿气在该处汇集成凝露，并进入底部水盘(图中未示出)，防止内胆2内其他位置如柜口、上、左、右、后部上侧位置的冷凝水的产生，有效防止由于冷凝水产生对细胞培养过程产生的影响。
50.当接收到设备运行指令时，控制细胞培养箱进入低湿模式，由于冷凝装置1与内胆2所贴合位置处未设置有保温层，便于内胆2内部的热量在该处进行热传导，且控制冷凝风机12启动，通过温度相对较低的外界空气进入冷凝风道111内，与该处温度相对较高的内胆2壁面进行强制对流热交换，此时该处对内胆2内部高湿空气的冷凝作用加强，使内胆2内部温湿度较高的空气在此处冷凝成水滴，并进入底部水盘，从而达到低湿培养的目的。
51.在采用上述技术方案的情况下，通过控制冷凝风机12启动，使细胞培养箱实现低湿模式，满足用户对低湿培养的需求。
52.其中，本领域技术人员可以根据实际培养需求进行设定冷凝风机12启动的第一预设时间。
53.本发明细胞培养箱的控制方法还包括：当获取到细胞培养箱开门并关门，并且细胞培养箱处于低湿模式时，控制冷凝风机12延迟第二预设时间后启动。
54.具体而言，在细胞培养箱处于低湿模式时，若用户进行开门取样品操作，这样会导致内胆2内的湿度在开门后急剧下降，为了实现内胆2内湿度的快速恢复，减小开门后湿度降低对细胞培养的影响，在用户取完样品并关门后，先控制冷凝风机12不启动，使该处进行主动散热，以使细胞培养箱进入高湿模式，促使内胆2内部的湿度快速升高，在经过第二预设时间后，再控制冷凝风机12启动，使该处进行被动散热，使细胞培养箱恢复低湿模式。
55.在采用上述技术方案的情况下，能够实现在细胞培养箱处于低湿模式下，开门取样后箱内湿度的快速恢复，以保证细胞培养的正常进行。
56.其中，本领域技术人员可以根据内胆2内部的实际湿度要求进行设定冷凝风机12延迟启动的第二预设时间。
57.细胞培养箱还设置有用于内胆2升温的加热元件(图中未示出)，其中，加热元件可为加热丝或加热管。
58.细胞培养箱的控制方法还包括，获取细胞培养箱所处的环境温度ta；获取细胞培养箱的预设温度tb；获取细胞培养箱的实时温度tc。
59.当t
b-ta≤预设温差a时，即细胞培养箱处于较高的环境温度下时，即使将加热元件的加热功率降到最低，但受到高环境温度以及箱内风机转动产生的高热量影响，使温度极大可能无法维持在预设温度，现有技术当中并未有很好的方案来解决此工况下的温度维持问题，因此，本发明提出了一种方案，需要控制细胞培养箱进入高环温精准控温模式。
60.其中，高环温精准控温模式包括：
61.当tc＞tb时，控制冷凝风机12启动，加热元件不启动。此时，由于细胞培养箱的实时温度高于预设温度，在冷凝装置1与内胆2所贴合位置处未设置有保温层，利于内胆2内部散热，并通过控制冷凝风机12启动，实现强制对流热交换，能够有效将细胞培养箱内多余的热量有效排出，以实现达到细胞培养箱的预设温度。
62.另外，当细胞培养箱处于高湿模式时，由于高环温下箱内湿度极高，同时环境温度高，此时箱内即使产生冷凝，箱内湿度变化也极小，不会影响箱内高湿度培养的目的。
63.当tc≤tb，控制加热元件和冷凝风机12均启动，使冷凝风机12与加热元件相互配合工作。其中，冷凝风机12启动，以有效排出细胞培养箱内多余的热量，以降低环境温度对箱内温度的影响，同时，再通过启动加热元件，使细胞培养箱内的温度升高至预设温度。通过采用冷凝风机12与加热元件相互配合工作，提高了高环温工况下温度控制的可能性及稳定性，实现高环温下温度控制波动度达标，满足宽环温或环温波动大的环境下培养箱的温度控制，使控温更加精准、简易。
64.具体而言，由于细胞培养箱受到高环温的影响，在对其进行内部控温时，容易出现温度变化波动大，导致内部控温不精准。也就是说，加热元件以同样的加热时间和加热功率对细胞培养箱内部进行升温时，在高环温工作环境下，细胞培养箱内部所升高的温度波动要大于正常环温的工作环境。本发明通过启动冷凝风机12，以排出一部分热量，能够起到抵消一部分所升高的温度的作用，从而缩短温度变化幅度，实现精准控温。
65.此外，当tc≤tb，且细胞培养箱的实时温度接近预设温度时，本领域技术人员根据需要可通过缩短加热元件的加热时间和/或降低加热元件的加热功率。
66.在采用上述技术方案的情况下，其中，本领域技术人员可以根据实际培养需求设定ta、tb、tc、a。
67.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。