细胞体外生长代谢状况检测系统

摘要

一种用于细胞工程技术领域的细胞体外生长代谢状况检测系统，本发明包括：培养液供给单元、细胞培养单元和数据接收处理器，其连接方式为：培养液供给单元通过数据传输线与数据接收处理器相连，细胞培养单元通过数据传输线与数据接收处理器相连。本发明提供恒定培养液和溶解气体组分的供给系统，能定量检测特定时间内细胞所消耗的O2和营养物质，以及pH的变化；在同一检测单元内并联多个生物反应器，使测得的值是最能反应细胞生长状态的总体平均值；汇集多种检测电极于一体，尽可能多的提供细胞生长的信息。

说明书

技术领域

该发明涉及一种用于细胞工程技术领域的检测系统，具体是-种细胞体外生长代谢状况检测系统。

背景技术

细胞在体外的生长代谢能有效的反应其在体内环境下的生长状态，现已有越来越多的试验用细胞在体外的生长、分化、衰老、凋亡以及药理毒理试验来模拟可能在体内发生的情况，从而使我们进一步了解细胞的基本性质并有利于新开发药品的药理与毒理学的检测，为一期临床试验提供依据。但现在国内进行的体外药理毒理试验大都还采用静态、离线的装置来检测，不能实时提供细胞表征的各种数据，且进行检测的步骤繁琐。

经对现有技术文献的检索发现，H.G. Koebe等人在《Toxicology》2000，154：31-44上发表的“In vitro toxicology in hepatocyte bioreactors-extracellularacidification rate(EAR)in a target cell line indicates hepato-activatedtransformation of substrates”(肝细胞生物反应器中的体外毒理学一在靶细胞系中的细胞外酸化率暗示肝细胞介导的底物转化，《毒理学》)一文中，提出了一种用于检测在细胞体外生长代谢状况的系统，该系统由供气系统、细胞培养系统和检测系统三部分组成。该灌注系统虽然不断有培养液和气体输入，但却无法提供一种均一培养液进入状态，不利于定量检测培养液流经细胞时所消耗的气体及培养物等。该装置没有检测流经细胞后pH、O₂、葡萄糖、谷氨酰胺以及产生的乳酸的量的变化，而这些恰是反应细胞生长代谢状态的最为重要的参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种细胞体外生长代谢状况检测系统，使其提供恒定培养液和溶解气体组分的供给系统，能定量检测特定时间内细胞所消耗的O₂和营养物质，以及pH的变化；在同一检测单元内并联多个生物反应器，使测得的值是最能反应细胞生长状态的总体平均值；汇集多种检测电极于一体，尽可能多的提供细胞生长的信息。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：培养液供给单元、细胞培养单元和数据接收处理器，其连接方式为：培养液供给单元通过数据传输线与数据接收处理器相连，细胞培养单元通过数据传输线与数据接收处理器相连。所述的培养液供给单元包括：空气压缩机、氧气气体钢瓶、第一0.2μm微孔滤膜过滤器、第二0.2μm微孔滤膜过滤器、T形三通管、第三0.2μm微孔滤膜过滤器、储液罐、储液罐水浴层、气体分布器、磁力搅拌子、磁力搅拌器、起始端检测电极和蠕动泵，其连接方式为：氧气气体钢瓶、第一0.2μm微孔滤膜过滤器和空气压缩机、第二0.2μm微孔滤膜过滤器依次通过硅胶输气管与T形三通管相连，T形三通管通过硅胶输气管与储液罐的入气口连接；储液罐外包有储液罐水浴层，储液罐顶上接入起始端检测电极；第三0.2μm微孔滤膜过滤器和储液罐的通气口通过硅胶输气管相连接；储液罐的入气口末端通过硅胶输气管和气体分布器相连；磁力搅拌器在储液罐底部，储液罐内底部置有磁力搅拌子；众多起始端检测电极通过数据传输线与数据接收处理器连接；蠕动泵在储液罐的出液口和细胞培养单元之间。

所述的储液罐顶上有孔眼，储液罐顶上设有入气口、通气口、出液口。

所述的起始端检测电极或者是pH电极，或者是溶氧电极，或者是葡萄糖电极，或者是谷氨酰胺电极，或者是乳酸电极。

所述的细胞培养单元包括：水浴底座、水浴盖、检测槽、终端检测电极、废液缸、第四0.2μm微孔滤膜过滤器、反应器系统。检测槽的入液口和培养液供给单元中的储液罐的出液口之间、反应器系统和检测槽的入液口之间以及检测槽的出液口和废液缸的入液口之间均以硅胶输液管相连；在反应器系统外，水浴底座和水浴盖合在一起构成一个几乎密闭的水浴外套，把整个反应器系统包被在内；检测槽与终端检测电极相连接；废液缸的通气口和第四0.2μm微孔滤膜过滤器以硅胶输气管相连。

所述的反应器系统包括T瓶、T瓶盖和分流槽，分流槽的入口与培养液供给单元中的储液罐的出液口通过硅胶输液管相连，分流槽的出口和T瓶的入口之间以及T瓶的出口和检测槽的入液口之间也通过硅胶输液管相连，T瓶盖设在T瓶上。

所述的检测槽上有孔眼。

所述的终端检测电极或者是pH电极，或者是溶氧电极，或者是葡萄糖电极，或者是谷氨酰胺电极，或者是乳酸电极。

所述的T瓶的底面积为25cm²。

储液罐的通气口使储液罐内外气体的压力保持恒定，第三0.2μm微孔滤膜过滤器确保储液罐内气体与外界气体进行交换时不会带来外源污染；磁力搅拌器在储液罐底部，储液罐内底部置有磁力搅拌子，保证储液罐内气液分布均匀。氧气气体钢瓶和空气压缩机既为储液罐提供一定比例的各种气体分压，满足细胞对溶氧及其他气体的需求，空气中的CO₂又能在一定范围内防止pH的波动。众多起始端检测电极提供了详尽的培养液的资料，有利于某些指标异常时进行调整，并为最终测定特定时间内细胞对气体与营养物的消耗提供依据。T瓶盖由无毒的塑料制成，盖在T瓶上，用于细胞接种及细胞培养过程中临时取样；T瓶不易过大，取底面积25cm²为宜，有利于细胞快速长满，并节约培养基。废液缸的通气口使废液缸内外气体的压力保持恒定，第四0.2μm微孔滤膜过滤器确保内部无菌。终端检测电极提供了培养液流经细胞后的组成，根据起始端检测电极提供的数据，能计算出细胞对气体与营养物的消耗，从而推断出细胞的生长状况。

本发明工作时，空气压缩机与氧气气体钢瓶产生的空气和O₂经过滤后进入储液罐培养液中，在搅拌下与整个培养液混和均匀，通过数据接收处理器读出起始端检测电极测得的pH、溶氧、葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸的数据。培养液被蠕动泵泵入反应器系统中，通过分流槽把培养液分别输送到若干个相对孤立的T瓶中，培养液以可控的极为缓慢的速度流过T瓶，数据接收处理器读出终端检测电极测得的pH、溶氧、葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸的数据，通过数值的处理和计算，演绎出细胞在某一段时间内的生长状态。由于培养液不断在流，数据不断在取，所以最终可以得到一个细胞生长的全景图。如果在培养液中加入某种药物，则得到的就是细胞在此种药物作用下的生长情况。

本发明的有益效果是：提供了一种相对均一的培养液进入状态，同时通过众多检测电极实时监测培养液，使终端检测电极与起始端检测电极的差值能精确反映细胞对培养液中溶氧与营养物的消耗，极大的降低了误差产生的机会；在反应器系统中并联多个T瓶培养细胞，既能增加差值，减少对电极精确度的要求，降低成本，又能提供细胞生长的均值，反映细胞的普遍生长状况；众多的pH、溶氧、葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸检测电极全方位考察细胞的生长代谢情况，在一次简易的试验中能得到最大量的数据，有利于高效廉价的进行临床前细胞试验。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明生物反应器系统结构示意图

具体实施方式

如图1-4所示，本发明包括：培养液供给单元1、细胞培养单元2和数据接收处理器3。其连接方式为：培养液供给单元1通过数据传输线与数据接收处理器3相连，细胞培养单元2通过数据传输线与数据接收处理器3相连。所述的培养液供给单元1包括：空气压缩机4、氧气气体钢瓶5、第一0.2μm微孔滤膜过滤器6、第二0.2μm微孔滤膜过滤器7、T形三通管8、第三0.2μm微孔滤膜过滤器9、储液罐10、储液罐水浴层11、气体分布器14、磁力搅拌子15、磁力搅拌器16、起始端检测电极17和蠕动泵19，其连接方式为：氧气气体钢瓶5、第一0.2μm微孔滤膜过滤器6和空气压缩机4、第二0.2μm微孔滤膜过滤器7依次通过硅胶输气管与T形三通管8相连，T形三通管8通过硅胶输气管与储液罐10的入气口12连接；储液罐10外包有储液罐水浴层11，储液罐10顶上接入起始端检测电极17；第三0.2μm微孔滤膜过滤器9和储液罐10的通气口13通过硅胶输气管相连接；储液罐10的入气口12末端通过硅胶输气管和气体分布器14相连；磁力搅拌器16在储液罐10底部，储液罐10内底部置有磁力搅拌子15；众多起始端检测电极17通过数据传输线与数据接收处理器3连接；蠕动泵19在储液罐10的出液口18和细胞培养单元2之间。

所述的储液罐10顶上有孔眼，储液罐10顶上设有入气口12、通气口13、出液口18。

所述的起始端检测电极17或者是pH电极，或者是溶氧电极，或者是葡萄糖电极，或者是谷氨酰胺电极，或者是乳酸电极。

所述的细胞培养单元2包括：水浴底座20、水浴盖21、检测槽22、终端检测电极25、废液缸26、第四0.2μm微孔滤膜过滤器29、反应器系统30，检测槽22的入液口23和培养液供给单元1中的储液罐10的出液口18之间、反应器系统30和检测槽22的入液口23之间以及检测槽22的出液口24和废液缸26的入液口27之间均以硅胶输液管相连；在反应器系统30外，水浴底座20和水浴盖21合在一起构成一个密闭的水浴外套，把整个反应器系统30包被在内；检测槽22与终端检测电极25相连接；废液缸26的通气口28和第四0.2μm微孔滤膜过滤器29以硅胶输气管相连。

所述的反应器系统30包括T瓶33、T瓶盖36和分流槽37。分流槽37的入口31与培养液供给单元1中的储液罐10的出液口18通过硅胶输液管相连，分流槽37的出口32和T瓶33的入口34之间以及T瓶33的出口35和检测槽22的入液口23之间也通过硅胶输液管相连；T瓶盖36设在T瓶33上。

所述的检测槽22上有孔眼。

所述的终端检测电极25或者是pH电极，或者是溶氧电极，或者是葡萄糖电极，或者是谷氨酰胺电极，或者是乳酸电极。

所述的T瓶33的底面积为25cm²。