一种全自动细胞培养系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种全自动细胞培养系统及其方法，该系统包括输入单元、换液单元、水浴离心单元、六自由度柔性机械臂、检测单元、培养单元、冻存单元、转运单元、输出单元和电控单元。所述全自动细胞培养系统通过六自由度柔性机械臂联系起各个单元，实现了细胞培养过程中细胞复苏、细胞换液、细胞传代、细胞采收冻存等自动化操作，满足了细胞培养全流程自动化的需求，提高了细胞培养过程的质量和效率，保证了培养细胞的合格率。培养细胞的合格率。培养细胞的合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动细胞培养系统及其方法


[0001]本专利技术属于细胞制备系统，具体涉及一种全自动细胞培养系统及其方法。

技术介绍

[0002]细胞治疗作为生物技术中新兴的研究方向，其临床疗效获得了广泛认可，细胞治疗及其相关产业迎来快速发展时期。作为细胞治疗生物技术中最核心和基础的细胞培养技术，研究者们也提出了新的需求。
[0003]当前细胞培养技术主要通过人工手动培养生产，随着细胞治疗等相关产业的快速发展，细胞培养的产能急需扩大。在规模化扩大产能时，人工手动细胞培养面临着巨大挑战，比如高额的人工费、培训费和设施建设成本，同时还存在细胞品质的不稳定性和不均一性等问题。因此，越来越多的研究者开始关注自动化细胞培养设备。然而，当前的自动化细胞培养设备大部分是半自动化生产，无法满足全过程细胞培养的自动化生产，且难以满足不同细胞培养生产的适应性和拓展性。
[0004]因此，有必要设计一种全自动细胞培养系统，实现全自动培养细胞，满足自动化细胞培养系统的生产效率、生产质量以及设备的紧凑和操作简单化等要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的旨在提供一种全自动细胞培养系统及其方法。
[0006]为实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术第一方面提供一种全自动细胞培养系统，包括：输入单元，用于将物料输入至换液单元；换液单元，用于放置换液或传代过程所需的物料；六自由度柔性机械臂，用于细胞培养过程中物料的夹持转移和移液、换液操作；水浴离心单元，用于对细胞冻存管进行水浴加热和离心；检测单元，用于对细胞的数据采集和分析；培养单元，用于细胞培养；冻存单元，用于将细胞进行冻存；转运单元，用于细胞培养皿在培养单元、检测单元、冻存单元和六自由度柔性机械臂之间的转运。
[0007]进一步地，所述换液单元包括电动多道移液器工作头、移液器吸头箱和试剂箱，所述电动多道移液器工作头、移液器吸头箱和试剂箱有固定位置。
[0008]进一步地，所述六自由度柔性机械臂的末端连接有可拆卸式夹爪工作头，移液和换液时六自由度柔性机械臂与电动多道移液器工作头连接。
[0009]进一步地，所述转运单元包括旋转转运托盘，所述旋转转运托盘有固定的旋转轨道和方向。
[0010]更进一步地，所述旋转轨道和方向为：培养单元
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检测单元
→
六自由度柔性机械臂
→
检测单元
→
培养单元
→
六自由度柔性机械臂
→
检测单元
→
六自由度柔性机械臂
→
检测单元
→
培养单元
→
检测单元
→
六自由度柔性机械臂。
[0011]进一步地，所述输入单元包括快速灭菌传递舱和无菌试剂传递管道，所述快速灭菌传递舱和无菌试剂传递管道用于物料的输入及灭菌。
[0012]进一步地，所述全自动细胞培养系统还包括输出单元，所述输出单元用于用于将封装好的细胞冻存管转移出所述全自动细胞培养系统以及收集培养过程中产生的废料。
[0013]更进一步地，所述输出单元包括快速灭菌传递舱和废料存储模块，所述快速灭菌传递舱用于物料的输出及灭菌处理，所述废料存储模块用于存储已用耗材以及试剂。
[0014]进一步地，所述水浴离心单元包括旋盖器、水浴装置和离心机，所述旋盖器用于对细胞冻存管进行开或关盖。
[0015]进一步地，所述检测单元包括超高清电子显微镜、CMOS相机和介质分析传感器，所述超高清电子显微镜和CMOS相机用于观测细胞的生长状态和细胞密度，所述介质分析传感器用于自动采集葡萄糖、乳酸和pH值和分析数据。
[0016]进一步地，所述培养单元包括CO2恒温培养箱、培养皿放置柜和冻存管放置柜。
[0017]进一步地，所述冻存单元包括
‑
80℃、
‑
20℃、4℃三个温度等级的冰箱组。
[0018]进一步地，所述全自动培养系统还包括电控单元，所述电控单元包括工业计算机、控制模块和电源模块，负责培养系统数据的储存和分析、各单元的的控制和供电。
[0019]本专利技术第二方面还提供一种上述全自动细胞培养系统的培养方法，包括以下步骤：（N1）细胞复苏：六自由度柔性机械臂将输入单元输入的细胞冻存管转移至水浴离心单元进行解冻、离心，再将细胞转移至培养单元进行培养；（N2）细胞换液和传代：转运单元将细胞培养皿转运至检测单元进行细胞生长状态和细胞密度的观测，检测后转运单元再将细胞培养皿转运至六自由度柔性机械臂位置，根据观测结果，六自由度柔性机械臂进行换液或传代操作，完成换液或传代操作后，转运单元将细胞培养皿转移至培养单元继续培养；（N3）细胞采收和冻存：转运单元和六自由度柔性机械臂相互配合，将培养后的细胞进行采收并转运至冻存单元进行冻存。
[0020]进一步地，步骤N1的具体操作包括：（N1.1）输入单元将物料传递至换液单元，所述物料包括细胞冻存管、细胞培养基、胰酶、PBS缓冲液、细胞冻存液、细胞培养皿、移液器吸头；（N1.2）六自由度柔性机械臂将存放待培养细胞的细胞冻存管转移至水浴离心单元的水浴装置中进行水浴解冻；（N1.3）六自由度柔性机械臂将解冻后的细胞冻存管转移至水浴离心单元的离心机中进行离心，离心结束后弃去上清液，并补加细胞培养基；（N1.4）六自由度柔性机械臂将离心后的细胞转移至培养单元的细胞培养皿中，再将细胞培养皿夹持至培养单元的CO2恒温培养箱中进行培养。
[0021]更进一步地，步骤（N1.4）中六自由度柔性机械臂将离心后的细胞转移至培养单元的细胞培养皿后，还需要转运单元将细胞培养皿转移至检测单元进行检测，观测细胞状态，
检测后转运单元再将细胞培养皿转移至培养单元，六自由度柔性机械臂将细胞培养皿移至CO2恒温培养箱中进行培养。
[0022]进一步地，步骤N2的具体操作为：（N2.1）六自由度柔性机械臂取出在CO2恒温培养箱中的细胞培养皿，转运单元将细胞培养皿转运至检测单元下，观测细胞生长状态及细胞密度；（N2.2）当检测单元观测到细胞密度低于80%时，转运单元将细胞培养皿转运至六自由度柔性机械臂位置，六自由度柔性机械臂进行弃废液、PBS缓冲液清洗、加入细胞培养基的操作，转运单元再将细胞培养皿转运至培养单元继续培养；（N2.3）当检测单元观测到细胞密度达到80%
‑
90%时，转运单元将细胞培养皿转移至六自由度柔性机械臂位置，六自由度柔性机械臂进行弃废液、PBS缓冲液清洗、加入胰酶的操作，转运单元将细胞培养皿转移至检测单元，观测细胞形态；（N2.4）当检测单元观测到细胞收缩变圆时，转运单元将细胞培养皿转移至六自由度柔性机械臂位置，六自由度柔性机械臂进行移出胰酶、加入细胞培养基、吹打细胞的操作，制备细胞悬液，并按照设置的传代比例将细胞悬液分配到新的细胞培养皿；（N2.5）六自由度柔性机械臂将所有细胞培养皿中均添加细胞培养基后，转运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全自动细胞培养系统，其特征在于，包括：输入单元，用于将物料输入至换液单元；换液单元，用于放置换液或传代过程所需的物料；六自由度柔性机械臂，用于细胞培养过程中物料的夹持转移和移液、换液操作；水浴离心单元，用于对细胞冻存管进行水浴加热和离心；检测单元，用于对细胞的数据采集和分析；培养单元，用于细胞培养；冻存单元，用于将细胞进行冻存；转运单元，用于细胞培养皿在培养单元、检测单元、冻存单元和六自由度柔性机械臂之间的转运。2.根据权利要求1所述的一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述换液单元包括电动多道移液器工作头、移液器吸头箱和试剂箱，所述电动多道移液器工作头、移液器吸头箱和试剂箱有固定位置。3.根据权利要求2所述的一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述六自由度柔性机械臂的末端连接有可拆卸式夹爪工作头，移液和换液时六自由度柔性机械臂与所述电动多道移液器工作头连接。4.根据权利要求3所述的一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述转运单元包括旋转转运托盘，所述旋转转运托盘有固定的旋转轨道和方向。5.根据权利要求4所述的一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述输入单元包括快速灭菌传递舱和无菌试剂传递管道，所述快速灭菌传递舱和无菌试剂传递管道用于物料的输入及灭菌。6.根据权利要求1
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5任一所述的一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述全自动细胞培养系统还包括输出单元，所述输出单元用于用于将封装好的细胞冻存管转移出所述全自动细胞培养系统以及收集培养过程中产生的废料。7.一种利用权利要求1
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6任一所述的系统进行全自动细胞培养的方法，其特征在于，包括以下步骤：（N1）细胞复苏：六自由度柔性机械臂将输入单元输入的细胞冻存管转移至水浴离心单元进行解冻、离心，再将离心后的细胞转移至培养单元进行培养；（N2）细胞换液和传代：转运单元将细胞培养皿转运至检测单元进行细胞生长状态和细胞密度的观测，检测后转运单元再将细胞培养皿转运至六自由度柔性机械臂位置，根据观测结果，六自由度柔性机械臂进行换液或传代操作，完成换液或传代操作后，转运单元将细胞培养皿转移至培养单元继续培养；（N3）细胞采收和冻存：转运单元和六自由度柔性机械臂相互配合，将培养后的细胞进行采收并转运至冻存单元进行冻存。8.根据权利要求7所述的培养方法，其特征在于，步骤N1的具体操作包括：（N1.1）输入单元将物料传递至换液单元，所述物料包括细胞冻存管、细胞培养基、胰酶、PBS缓冲液、细胞冻存液、细胞培养皿、移液器吸头；（...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春明，冯永慧，李磊，黄标通，
申请(专利权)人：上海道简机电科技有限公司上海大学温州研究院，
类型：发明
国别省市：