可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床及细胞悬浮培养方法.pdf

本发明涉及一种可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床及细胞悬浮培养方法，所述摇床包括电源系统、驱动装置以及执行机构，所述电源系统与驱动装置之间通过长度可经所述培养箱内门与箱门边框密封垫的配合处或经所述培养箱背部的通透孔跨越所述培养箱内外的电源线连接，电源线可将驱动装置和执行机构与电源系统分置在所述培养箱内外，从而解决了普通摇床置于二氧化碳培养箱中使用时电源系统产生的热量积累过热导致培养箱温控失灵以及其电子元件潮湿损坏问题。

1.  可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，包括电源系统、驱动装置以及执行机构，其特征在于，所述电源系统与驱动装置之间通过长度可经所述培养箱内门与箱门边框密封垫的配合处或经所述培养箱背部的通透孔穿越所述培养箱内外的电源线连接，所述电源线可将驱动装置和执行机构与电源系统分置在所述培养箱内外。

2.  根据权利要求1所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，所述电源系统包括调压稳压器和整流器。

3.  根据权利要求1所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，所述驱动装置为防潮电机。

4.  根据权利要求1所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，所述执行机构为平面回旋机构、空间回旋机构和跷跷板式摆动机构中的一种。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，还包括电子调速系统，所述电子调速系统包括电子调速器、显示器和转速传感器，转速传感器设于驱动装置上，电子调速器和显示器通过信号线与传感器连接，信号线可将转速传感器与电子调速器和显示器分置在二氧化碳培养箱内外。

6.  根据权利要求5所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，所述电源系统和电子调速器和显示器集成安装在一个控制盒内。

7.  根据权利要求5所述的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，其特征在于，所述电源线和信号线由集成在一起的排线的不同分支构成，所述排线直接或通过排线连接插头与所述控制盒内的电源系统、电子调速器和显示器连接。

8.  细胞悬浮培养方法，其特征在于，将摇床的驱动装置和执行机构与电源系统分别置于普通二氧化碳培养箱的内、外，通过电源线将电源系统与驱动装置连接，电源线通过所述培养箱的内门与箱门边框密封垫的配合处或者经所述培养箱背部的通透孔穿过所述培养箱，将装有培养细胞的培养容器放在摇床的执行机构上，开启摇床即可进行悬浮培养。

9.  根据权利要求8所述的细胞悬浮培养方法，其特征在于，通过所述摇床电子调速系统的信号线一端与置于培养箱内驱动装置上的传感器连接，另一端与置于培养箱外的调速器和显示器相连接，信号线穿越二氧化碳培养箱的路径与电源线相同。

可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床及细胞悬浮培养方法
技术领域
本发明涉及生物培养辅助设备领域，特别是涉及到了一种可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床及细胞悬浮培养方法。
背景技术
二氧化碳（CO?)培养箱是模拟类似细胞/组织在生物体内的生长环境，进行体外细胞、组织培养和某些特殊微生物的培养的设备，广泛应用于细胞动力学研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精（IVF）、干细胞、免疫细胞、组织工程、药物筛选等研究领域。
二氧化碳（CO?)培养箱是一种常见的利用培养皿，培养瓶，培养罐和培养袋等容器对组织细胞进行静止培养的细胞培养装置，其模拟的细胞生长环境包括稳定的温度（通常37°C）、精确的二氧化碳水平（通常5%）、恒定的酸碱度（pH值：通常7.2-7.4）、较高的相对饱和湿度（通常95%）等。如果要利用普通二氧化碳（CO?)培养箱进行悬浮细胞培养，则需要将摇床置于二氧化碳（CO?)培养箱之中并通过摇床对细胞进行悬浮培养。然而，由于普通摇床的电源系统，包括稳压器，变压器，整流器等电子元件均为产热元件和遇潮湿易短路和损坏元件，将普通摇床置于二氧化碳（CO?)培养箱之中可因电子元件产热过多导致培养箱温控失灵（即箱内实际温度超过设定温度）以及潮湿易损元件短路烧毁。此外，普通摇床的调控系统和显示系统与主机一体，置于培养箱后必须开门观察转速和必要时的开关调控，而开培养箱门观察和调节会对培养箱温度和二氧化碳（CO?)浓度产生不利影响。虽然已有专用的二氧化碳（CO?)培养箱和摇床一体的专用的二氧化碳（CO?)培养箱摇床，但这种摇床不仅价格是极其昂贵，而且摇床机械固定在培养箱内，不便随意改变摇动模式固定，譬如通常的平面回旋运动，不能任意改变成三维（3D)空间回旋或跷跷板摇摆摇动运动模式。除此之外，更重要的是目前正在使用的普通二氧化碳培养箱数量是巨大的，如果仅为进行细胞悬浮培养而专门购置价格昂贵的专用二氧化碳（CO?)培养箱摇床，显然会大大增加企业或者科研单位的成本。但是如果能够通过一些手段实现将摇床结构，使之可置于普通二氧化碳（CO?)培养箱中使用，则可通过普通二氧化碳（CO?)培养箱解决上述悬浮细胞培养问题。
从结构特征方面讲，二氧化碳（CO?)培养箱体具有良好保温性能和封闭性能，在培养箱内门与箱门边框的配合处压装有弹性的密封垫，当关闭二氧化碳（CO?)培养箱门后起密封作用以防箱内气体泄漏导致二氧化碳（CO?)浓度不稳定。此外，多数箱体的背部还设有通透孔，通透孔平时通过相应的胶塞封堵，处于常闭状态，仅在个别情况下才需打开使用，因此，通过培养箱内门与箱门边框密封垫的配合处或经培养箱体背部的通透孔是作为进出培养箱的电源线和信号线的理想通过途径。由于普通二氧化碳（CO?)培养箱仅含升温装置，不含制冷装置，因为二氧化碳（CO?)培养箱通常置于室温（26°C左右)，或低于通常培养设置温度37°C的环境下使用，通过调控加热装置即可实现精准的温度调控故不需要制冷装置。如果环境温度高于培养设置温度，只能通过空调调节环境温度低于设置温度才能使用。虽然增加制冷装置可以满足任何二氧化碳（CO?)培养箱内外温度的变化要求，但会增加二氧化碳（CO?)培养箱结构成本和精确调控的复杂性，因此，几乎所有的CO?二氧化碳（CO?)培养箱都没有制冷装置。
现有摇床的结构在公告号为CN203648452U的中国专利说明书中有所体现，其主要包括电源系统、驱动装置和机械摇动装置，即执行机构。电源系统主要包括稳压变压器和整流器，驱动装置多数采用的是电机，执行机构有平面回旋机构、空间回旋机构、跷跷板式的摇摆机构等。在使用的时候，电源系统为驱动装置引入合适参数的电能，驱动装置进而产生运动并驱使执行机构动作，执行机构的动作变为最终需要的摇床的摇动动作。为了满足不同的需求，一些摇床同时包含有电子调控系统，电子调控系统主要包括传感器，信号线，调速器、和显示器，通过电子调控系统可控制驱动装置的运转速度，进而控制执行机构的摇动速度。然而，正如公告号为CN203648452U的中国专利说明书中所述的一样，现有的摇床均是通过设置一个底座，将电源系统、驱动装置、执行机构以及电子调控系统设置成了集成化的一体式结构。
通过以上对普通二氧化碳（CO?)培养箱和现有摇床的结构的分析我们可知，普通摇床置于二氧化碳（CO?)培养箱内使用，主要面临两方面的问题，一方面，电源系统和电子调速系统的电子元器件发热量相对较大，而二氧化碳（CO?)培养箱的箱体又有着较好的保温性能，热量积累可导致二氧化碳（CO?)培养箱内过热，温控失灵；另一方面，二氧化碳(CO?)培养箱内的环境的湿度是比较高的，前文中已经提到过，其内部环境的适度通常为95%，这样的潮湿环境会导致摇床的电源系统和电子调速系统的电子元器件遇潮湿短路和烧坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，以解决普通摇床放入二氧化碳（CO?)培养箱内会热量积累以及会因为潮湿损坏的问题。同时，本发明的目的还在于提供利用可置于二氧化碳（CO?)培养箱内使用的摇床进行的细胞悬浮培养方法。
为了解决上述问题，本发明的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床采用以下技术方案：可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床，包括电源系统、驱动装置以及执行机构，所述电源系统与驱动装置之间通过长度可经所述培养箱内门与箱门边框密封垫的配合处或经所述培养箱背部的通透孔穿越所述培养箱内外的电源线连接，所述电源线可将驱动装置和执行机构与电源系统分置在所述培养箱内外。
所述电源系统包括调压稳压器和整流器。
所述驱动装置为防潮电机。
所述执行机构为平面回旋机构、空间回旋机构和跷跷板式摆动机构中的一种。
该摇床还包括电子调速系统，所述电子调速系统包括电子调速器、显示器和转速传感器，转速传感器设于驱动装置上，电子调速器和显示器通过信号线与传感器连接，信号线可将转速传感器与电子调速器和显示器分置在二氧化碳培养箱内外。
所述电源系统和电子调速器和显示器集成安装在一个控制盒内。
所述电源线和信号线由集成在一起的排线的不同分支构成，所述排线直接或通过排线连接插头与所述控制盒内的电源系统、电子调速器和显示器连接。
悬浮细胞培养方法采用以下技术方案：细胞悬浮培养方法，将摇床的驱动装置和执行机构与电源系统分别置于普通二氧化碳培养箱的内、外，通过电源线将电源系统与驱动装置连接，电源线通过所述培养箱的内门与箱门边框密封垫的配合处或者经所述培养箱背部的通透孔穿过所述培养箱，将装有培养细胞的培养容器放在摇床的执行机构上，开启摇床即可进行悬浮培养。
通过所述摇床电子调速系统的信号线一端与置于培养箱内驱动装置上的传感器连接，另一端与置于培养箱外的调速器和显示器相连接，信号线穿越二氧化碳培养箱的路径与电源线相同。
本发明的可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的电源系统与驱动装置之间是通过电源线连接，并且所述电源线可将驱动装置和执行机构与电源系统分置在二氧化碳（CO?)培养箱内外，从而可在使用时将摇床的主要发热及怕潮湿部分移出二氧化碳（CO?)培养箱，进而解决了摇床在普通二氧化碳（CO?) 培养箱中使用时的热量积累以及潮湿损坏问题。由于去除了电源系统和调控系统的电子元件的产热对培养箱温度的影响因素，因此允许选择电机的功率可相对增大。
附图说明
图1是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的结构示意图；
图2是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的另一结构示意图（显示排线连接插头断开状态）；
图3是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的执行机构的结构示意图（3维回旋摇床机构）；
图4是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的第一使用状态外部图（排线穿经培养箱背部通透孔）；
图5是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的第一使用状态内部图（排线穿经培养箱背部通透孔）；
图6是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的第二使用状态外部图（排线穿经培养箱内门与箱门边框密封垫配合处）；
图 7是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的第二使用状态内部图（排线穿经培养箱内门与箱门边框密封垫配合处）；
图8是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例2的执行机构的剖面图（平面回旋摇床机构去掉托盘）；
图9是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例2的执行机构的外部示意图（平面回旋摇床机构）；
图10是可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例3的执行机构的结构示意图（跷跷板摇床机构）。
具体实施方式
可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1，如图1-7所示，其中图1-2显示了该摇床的主要构成，从图中可以看出该摇床包括电源系统、电子调速系统、驱动装置和执行机构。
电源系统带有电源引入线11，电源引入线11的用于接电的一端设有插头12，在本实施例中，电源系统包括稳压变压器和整流器，稳压变压器可将接入的电源转化为36V的安全电压，整流器可将交流整流为直流。除了上述结构以外，电源系统还自带电源开关13，通过电源开关13便可实现对电源的接通和切断。电源系统本身的结构为现有技术，此处不予赘述。
电子调速系统包括电子调速器14、显示器15和转速传感器，其中转速传感器设于驱动装置上，电子调速系统的构成同样为现有技术，此处不做赘述。
在本实施例中，电源系统和电子调速器和显示器被集成安装在了同一个控制盒101内，这样可方便对二者的拿放和移位。此外，将电子调速器和显示器置于培养箱外，便于随时观察和必要的调节，不需要通过打开培养箱门进行观察、开关和转速调节。
驱动装置采用的是电机16，在本实施例中，电机16为防潮电机（防水电机），并且可通过限定电机16的额定功率来控制器运转过程中的发热，从而避免对二氧化碳（CO?)培养箱内温度的影响。
本发明的电机虽然也可产热，但可根据其产热量选择电机的功率，选择其产热效率小于培养箱在室温环境下的散热效率的电机即可。虽然培养箱的湿度可达95%，但毕竟不是浸入水中，因此选择防潮电机即可达到防护要求。
电源系统与驱动装置之间通过电源线连接，由此实现电源系统为驱动装置提供工作电源；电子调速系统与驱动装置之间通过信号线连接，由此实现电子调速系统对驱动装置的速度的控制。电源线和信号线的长度使得当摇床的驱动装置被置于二氧化碳（CO?)培养箱中时，可将电源系统和电子调速器置于二氧化碳（CO?)培养箱外部并能保持电源系统和电子调速系统与驱动装置的连接。在本实施例中，电源线和信号线是由排线17的不同分支构成，最终二者一起形成了扁线，排线17与控制盒内的电源系统和电子调速器的连接有排线连接插头51。
如图3所示，本实施例中的执行机构具体采用的是空间回旋机构，其包括回旋托盘18和底座19，回旋托盘18用于承托培养容器。空间回旋机构的结构为现有技术，此处不予赘述，驱动装置上装配有转速传感器，在本实施例中即电机16固定装配在空间回旋机构的底座19上。
图4和图5显示的是本实施例的摇床在普通二氧化碳（CO?)培养箱中的一种使用状态，从图中可以看出，摇床的驱动装置及执行机构被放在了二氧化碳（CO?)培养箱的箱体20中的搁板21上，而摇床的电源系统和电子调速器和显示器则被放在了二氧化碳（CO?)培养箱的外部，电源线和信号线是从二氧化碳（CO?)培养箱的箱体的背部的通透孔22处贯穿箱体20内外，而二氧化碳（CO?)培养箱的箱体20背部的通透孔22为二氧化碳（CO?)培养箱的自带结构（通透孔处自带塞子，电源线和信号线穿过塞子而连接二氧化碳（CO?)培养箱内外），因此该摇床和在不破坏二氧化碳（CO?)培养箱本身结构的情况下实现在二氧化碳（CO?)培养箱内的使用。
图6和图7显示的是本实施例的摇床在普通二氧化碳培养箱中的另一种使用状态，与上一种使用状态不同的是，此种状态下，电源线和信号线是通过二氧化碳（CO?)培养箱的内门与箱门边框密封垫的配合处穿越箱体内外，由于二氧化碳（CO?)培养箱的箱内门与箱门边框的配合处本身设有弹性的密封垫23，因此电源线和信号线通过时密封垫可产生相应的变形，不但不会挤坏电源线和信号线，而且会保持箱门原本的密封性能。可见，此种使用情况下，也是不需要破坏二氧化碳（CO?)培养箱原有的结构的。
通过以上介绍本摇床的两种使用方式可知，该摇床在不改变原有普通二氧化碳（CO?)培养箱的结构的情况下便可与之配合实现细胞悬浮培养，相对于价格昂贵的专用二氧化碳（CO?)培养箱摇床来说，显然更加经济，并且可以使原有的、市场上普遍使用的普通二氧化碳（CO?)培养箱的功能得到充分发挥。
在可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的其它实施例中，电源线和信号线还可以为两根单独的导线；电源系统和电子调速系统还可以不必集成；由于电机本身在二氧化碳（CO?)培养箱中不属于易损件，因此其还可以采用普通的电机，即作为驱动装置的电机可以不必为防潮电机。
可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例2，如图8-9所示，该可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床与上述可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的区别仅在于，在本实施例中，执行机构采用的是平面回旋机构，平面回旋机构的底座与托盘之间是通过3个偏心轴31连接，偏心轴31承托托盘，托盘既可承托培养容器，又可使3个偏心轴同步运动，因此，当电机驱动其中一个偏心轴31转动时，其它2个也随着从动运动，从而通过偏心轴31带动托盘在平面内做回旋运动。
可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例3，如图10所示，该可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床与上述可置于二氧化碳培养箱内使用的摇床的实施例1的区别仅在于，在本实施例中，执行机构采用的是跷跷板式摆动机构，电机是通过一个曲柄连杆机构41带动托盘做跷跷板式的摆动。
细胞悬浮培养方法的实施例，该方法是将摇床的驱动装置和执行机构与电源系统和电子调速器分别置于普通二氧化碳培养箱的内、外，通过电源线将电源系统与驱动装置连接，通过信号线将电子调速系统与驱动装置连接，电源线和信号线通过普通二氧化碳培养箱的内门与箱门边框密封垫的配合处或者二氧化碳（CO?)培养箱背部的通透孔穿过普通二氧化碳（CO?)培养箱，将细胞放在摇床的执行机构上，开启摇床即可进行悬浮细胞培养。其中电源线和信号线的路径可以相同也可以不同。