一种用于细胞自动化连续培养的装置及方法

本发明属于细胞培养，具体涉及一种细胞培养装置及培养方法，尤其涉及细胞自动化连续培养的装置及方法。

背景技术：

1、细胞(微生物、动物、植物等)在实验室或工业环境条件下生长或培养，为了使细胞在短时间内获得某些表型或生理特性，如生长速度、底物利用速度、耐受温度、耐酸碱、耐渗透压等，通常采用的手段是在特定的培养条件下，利用摇瓶或试管培养方式对细胞进行连续多次传代，在传代过程中施加定向的选择压力，细胞由于发生突变而逐步适应某一条件，最终获得具有目标性状的细胞。

2、细胞的连续培养需要几十至上百代甚至更多，目前该过程多是由人工操作完成，由于涉及培养基的频繁更换、转移，细胞生长浓度的检测，培养时间点控制等，人工操作存在负担重、样品容易污染、出错概率高、难以进行多个平行实验等问题，因此需要一种用于细胞自动化连续培养的装置。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种用于细胞自动化连续培养的装置及其使用方法。该装置具有模块化设计、装置成本低、培养体积小、实时在线测定细胞生长、全自动化控制等特点，其特别适合用于不同类型细胞的自动化连续培养。

2、本发明提供一种细胞自动化连续培养装置，包括：

3、至少一个用于储存细胞培养液的第一试剂瓶和至少一个用于储存清洗液的第二试剂瓶；

4、至少两个培养检测单元，所述培养检测单元用于用于培养细胞和实时监测与调节细胞培养相关参数；

5、所述第一试剂瓶和第二试剂瓶通过管路和流体泵与所述培养检测单元连接，向所述培养检测单元分别提供所述细胞培养液或所述清洗液，其中所述细胞培养液用于细胞培养，所述清洗液用于清洗所述细胞培养单元；相邻所述培养检测单元通过管路和流体泵相连通，最后一个培养检测单元与第一个培养检测单元通过管路和流体泵相连通，形成闭环。

6、作为进一步方案，所述系统清洗液为75％乙醇和灭菌超纯水。

7、作为进一步方案，所述培养检测单元包括培养组件和监测组件，所述培养组件用于控制细胞培养，所述监测组件用于实时监测和调节细胞培养的相应参数；所述监测组件包括光密度检测器，对所述培养瓶中细胞培养液的光密度进行实时监测。

8、作为进一步方案，所述培养组件包括培养皿、套管、温控装置，其中，所述培养皿套设在套管内，所述温控装置包裹在-套管外侧，用于调节培养皿中的细胞培养液温度，所述光密度检测装置位于培养皿外侧并与套管相连接，用于检测培养皿中的细胞培养液的光密度，所述培养皿的上方设有与试剂瓶相连通的试剂管、用于将培养皿中液体转出的培养液转出管、用于接收其他培养检测单元转入的培养基的培养液转入管和用于转出废液的出液管。

9、作为进一步方案，所述温控装置为冷热水盘管或热敏电阻；优选的，所述温控装置为热敏电阻。

10、作为进一步方案，所述培养皿中可以设置有搅拌装置，所述搅拌装置与控制系统电连接。

11、作为进一步方案，所述搅拌装置可以为磁转子。

12、作为进一步方案，所述光密度检测装置为发光二极管和光电二极或分光光度计，所述发光二极管和光电二极管位于培养皿两侧相对设置，并与套管相连接。

13、作为进一步方案，所述发光二极管波长在400-950nm。

14、作为进一步方案，所述第一试剂瓶和第二试剂瓶与所述细胞培养单元的连通管路上设有流体泵组件，用于对输送至所述培养组件的细胞培养液和清洗液进行分流；所述流体泵组件为液泵和多通电动阀、多通接头和液泵中的一种；相邻两个所述细胞培养单元的培养瓶以管道连通，其中所述管道入口端伸入上游所述培养瓶底部，出口端伸入下游所述培养瓶内的上方。

15、作为进一步方案，所述培养检测单元的开口处连接有密封盖，所述密封盖上设有用于插设试剂管、培养液转出管、培养液转入管和出液管的孔。

16、作为进一步方案，所述培养皿为圆形或方形培养皿；优选的，所述培养皿为方形比色皿。

17、作为进一步方案，还包括控制系统，所述控制系统与流体泵、温控装置、搅拌装置、光密度检测装置相连接。

18、作为进一步方案，所述控制系统包括数据交互装置和控制模块，所述数据交互装置用于输入设定参数或者显示实时参数，所述控制模块根据数据交互装置用于输入设定参数和/或光密度检测装置的实时数据控制搅拌装置、流体泵或温控装置，实现细胞的连续培养。

19、作为进一步方案，所述设定参数包括培养模式、培养温度、培养液体积、转移体积、清洗液体积及次数；所述培养模式包括时间模式和吸光度模式，当培养模式为时间模式时，设定参数为培养时间，当设定参数为吸光度模式时，设定参数为吸光度值；清洗液为乙醇时，设定乙醇体积及清洗次数、清洗液为超纯水时，设定超纯水体积及清洗次数，当两种清洗液都用是，分别设定。

20、作为进一步方案，每个培养检测单元的设定参数分开输入。

21、作为进一步方案，所述控制系统，还包括吸光度校准模块，所述吸光度校准模块根据细胞类型不同，使用相应细胞稀释液的商业化分光光度计测定值分别对系统读取od值进行校准。

22、本发明还提供一种细胞自动化连续培养方法，使用所述的细胞自动化连续培养装置。

23、其中，包括如下步骤：

24、1)根据细胞类型不同，使用相应细胞稀释液的标准od600值分别对系统读取od值进行校准；

25、2)在数据交互装置中输入设定参数；

26、3)在第一个培养检测单元的培养皿中注入待培养菌液或者细胞液；

27、4)控制模块根据数据交互装置中输入设定参数和/或光密度检测装置的实时数据控制流体泵或温控装置，实现细胞的连续培养。

28、其中，所述步骤2)中的设定参数包括培养模式、培养温度、培养液体积、转移体积、清洗液体积及次数、运行次数。

29、其中，所述培养模式包括时间模式和吸光度模式，当培养模式为时间模式时，设定参数为培养时间，当设定参数为吸光度模式时，设定参数为吸光度值.

30、其中，所述步骤4)具体包括：41)控制模块控制第一个培养检测单元中的温控装置调节培养液温度至步骤2)中的设定值后，恒温培养，当光密度检测装置测定的吸光度值或者培养时间达到步骤2)中的设定值，转移设定的转移体积的培养液至第二个培养检测单元中的培养皿；42)第二个培养检测单元分别接受来自试剂瓶的培养基和第一培养检测单元的培养液；按照设定的参数进行培养，同时，控制模块控制泵将第一个培养检测单元的剩余培养液通过出液管排出，并进行第一个培养检测单元的清洗；43)当第二培养检测单元中的的吸光度值或者培养时间达到步骤2)中的设定值时，转移设定的转移体积的培养液至第三个培养检测单元中的培养皿，按照设定的参数进行培养，同时，控制模块控制泵将第二个培养检测单元的剩余培养液通过出液管排出，并进行第二个培养检测单元的清洗；

31、44)当第三培养检测单元中的的吸光度值或者养时间达到步骤2)中的设定值时，转移设定的转移体积的培养液至第一个培养检测单元中的培养皿，按照设定的参数进行培养，同时，控制模块控制泵将第三个培养检测单元的剩余培养液通过出液管排出，并进行第三个培养检测单元的清洗；45)按照设定的运行次数重复上述步骤41)-44)；所述步骤42)-44)中，在培养检测单元接收上一培养检测单元转移来的培养液之前，还包括通过控制模块控制试剂瓶向养检测单元导入空白培养基的步骤。

32、所述步骤4)还可以为具体包括：

33、a.储存细胞培养液的第一试剂瓶，向最前端的第一个细胞培养单元中注入细胞培养液，第一个细胞培养单元中的温控装置调节培养液至步骤2)中的设定值，进行细胞培养；

34、b.当光密度检测装置测定的细胞吸光度值或者细胞培养时间达到步骤2)中的设定值，流体泵将第一个细胞培养单元中的细胞培养液按设定值转移至相邻的下一个细胞培养单元即第二个细胞培养单元中，同时第一试剂瓶向其中注入设定值的细胞培养液，进行细胞培养；

35、c.排出第一个细胞培养单元中余下的细胞培养液到废液瓶；储存清洗液的第二试剂瓶向第一个细胞培养单元中注入清洗液，清洗干净，排出清洗液到废液瓶；

36、d.第二个细胞培养单元中的细胞培养至预设条件时，细胞培养液按设定值转移至相邻的下一个细胞培养单元中或第一个细胞培养单元中，以及第一试剂瓶向其中注入设定值的细胞培养液，进行细胞培养；同时对第二个细胞培养单元进行步骤c的排空和清洗；

37、其中，在细胞培养单元设有两个时，第d步培养至预设条件时，再次将第二个细胞培养单元中的细胞培养液按设定值转移至第一个细胞培养单元中，实现循环连续培养；在细胞培养单元设有第三个或更多个时，步骤d中第二个细胞培养单元中的细胞培养至预设条件时，细胞培养液按设定值转移至相邻的再下一个细胞培养单元中，以及第一试剂瓶向该培养组件中注入设定值的细胞培养液，进行细胞培养；后续类推，实现循环连续培养。

38、其中，所述培养检测单元的清洗为：控制模块控制泵将试剂瓶中的75％乙醇转移至培养检测单元的培养皿，清洗，之后通过通过出液管排出，按设定次数重复该步骤；控制模块控制泵将试剂瓶中的超纯水转移至培养检测单元的培养皿，清洗，之后通过通过出液管排出，按设定次数重复该步骤；至此完成培养皿的清洗。

39、上述装置或者方法中培养的细胞可以为微生物；优选的可以为大肠杆菌、酵母菌或者是其他可以传代培养的微生物。

40、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

41、(1)本发明的细胞自动化连续培养装置通过自动化程序和电路控制，运行过程中无需人为干预，可以大幅度节省人力成本。

42、(2)本发明提供装置的各细胞培养单元依次串联，形成闭环，减少细胞污染风险。

43、(3)本发明提供装置的每个细胞培养单元单独配有使细胞生长的温度、搅拌控制件和实时在线监测细胞生长情况的光密度检测器，模块化搭建，装置拓展性强，维护简单。

44、(4)本发明细胞连续装置包括时间模式和吸光度模式两种培养模式，装置适用范围更广。

45、(5)本发明提供的装置操作简单，成本低，方便推广。