一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置及其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生物自动化领域，涉及用于自动化连续多轮循环的细胞培养、细胞诱导、感受态细胞制备、细胞转化的装置及其操作方法。所述装置包括下述模块：细胞培养模块，用于培养细胞至设定的细胞浓度或培养时间数值；细胞诱导模块，用于诱导细胞表达蛋白质或分子；细胞洗涤与浓缩模块，用于制备感受态细胞；细胞转化模块，用于将外源物质高效转化感受态细胞；清洗模块，用于清洗所述各模块的容器；控制模块，用于发送用户预先输入指令到各模块和各个泵。本发明专利技术装置各模块串联形成闭环、运行污染风险小、可实现微量体积细胞培养、在线测定细胞浓度、连续多轮的细胞电穿孔转化，操作简单、成本低，适合用于不同类型细胞的自动化连续循环培养与转化。养与转化。养与转化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置及其操作方法


[0001]本专利技术涉及生物自动化领域，特别是涉及一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置及其操作方法，更具体的是涉及一种用于自动化连续多轮细胞培养、细胞诱导、感受态细胞制备、细胞转化和细胞复苏的装置及其操作方法。

技术介绍

[0002]基因工程技术的一个重要步骤将目的基因导入受体细胞，常规方法是人工在超净台接种细胞到盛培养基的试管或者摇瓶，转移到摇床，期间取样品测定细胞浓度变化，培养细胞到某一特定浓度，制备感受态。感受态制备根据制备方法不同使用相应缓冲液或超纯水来洗涤和浓缩细胞，该过程需要反复多次地在离心机和超净台之间转移来离心和重悬细胞，然后将目的基因与感受态细胞混合，转移到水浴锅热击或转移到电转杯置于电转仪电击，处理后的细胞加入培养基进行复苏。复苏的细胞涂布固体平板或进行下一个基因导入过程。如多元自动化基因组工程(multiplex automated genome engineering，MAGE)需要进行连续十几到几十次循环的基因导入过程，人工操作起来费时费力。
[0003]Church研究小组开发了一种用于将多个核酸序列导入细胞的装置，将细胞培养、感受态制备和电穿孔转化等所有步骤集中在一个定制的电转化杯内完成(MULTIPLEX AUTOMATED GENOME ENGINEERING，专利号：WO2008052101A2)。该装置虽然简单，但所有操作在一个单元内完成增加了染菌风险，此外杂质积累也为多轮转化增加困难。但因因思科瑞普特公司开发了自动化多模块细胞编辑仪器以使在活细胞中的基因组编辑自动化，装置将细胞培养、感受态制备、转化等步骤在不同模块实现，通过机器人操纵系统将样品在各模块间转移(包括流通式电穿孔设备的自动化细胞处理方法、模块、仪器和系统，专利号：CN 111386334 A)。该装置存在系统复杂，装置体积较大，样品转移过程中增加了污染风险的问题。
[0004]电穿孔转化是目前效率最高、最常用的转化方法，进行电穿孔转化前首先需要制备感受态细胞，传统电穿孔感受态细胞制备使用高速离心机离心细胞，超纯水重悬细胞，反复多次洗涤和浓缩细胞，离心机法难以实现自动化控制，本专利技术使用膜滤方法实现细胞洗涤和浓缩，膜滤方法通过控制不同注射泵分别控制液体输入和输出细胞悬液，液体进出经过滤膜，减少细胞损失，反复几次实现自动化细胞感受态制备。常规电穿孔转化是在电转杯内完成的，是一种“静态”转化方法，通常是一次性过程，难以实现连续多轮转化，本专利技术设计加工微流控细胞转化芯片，在感受态细胞和外源物质混合物流经芯片通道过程中施加电压，实现细胞转化，使用的芯片通道经自动化清洗后可连续进行多轮转化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置及其操作方法。该装置将细胞培养、细胞诱导、感受态细胞制备和细胞电穿孔转化等步骤分成各自独
立的模块，模块间依次串联形成封闭结构，通过控制程序实现模块的自动化运行，特别适合用于不同类型细胞的自动化连续循环培养与转化。装置运行过程污染风险小、可实现微量细胞培养、可实时在线测定细胞浓度变化、可进行连续多轮细胞电穿孔过程，装置操作简单、成本低。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置及其操作方法，该自动化装置包括：细胞培养模块，用于培养细胞至用户设定的细胞浓度或培养时间数据；细胞诱导模块，用于诱导细胞表达某些蛋白质或分子；细胞洗涤与浓缩模块，用于制备感受态细胞；细胞转化模块，用于将外源物质高效转化感受态细胞；清洗模块，分别通过阀、泵和泵管与所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块、细胞转化模块连接，用于清洗所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块和细胞转化模块的部分容器；控制模块，分别与所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块、细胞转化模块、清洗模块、泵连接，用于发送用户预先输入指令到各模块和各个泵，用于控制整个装置的自动化运行。
[0007]所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块和细胞转化模块通过阀、泵和泵管依次串联，形成闭环。
[0008]所述细胞培养模块包括至少一个用于第一轮接种新鲜细胞液或接收来自细胞转化模块的细胞液的细胞培养瓶。
[0009]在本专利技术的一些具体实施例中，所述细胞培养瓶可以是透明玻璃或者透明塑料材质。
[0010]在本专利技术的一些具体实施例中，所述细胞培养瓶可以是圆形、方形或多边形。
[0011]所述细胞培养模块还包括接收所述控制模块发送指令、监控细胞培养瓶数据和发送指令到所述控制模块的电路板。
[0012]所述细胞培养模块还包括使所述细胞培养瓶内细胞液转动的搅拌装置。
[0013]在本专利技术的一些具体实施例中，所述搅拌装置包括磁转子、散热风扇和粘附在散热风扇扇叶上的磁铁，通过磁铁转动带动瓶内磁转子转动，进而引起细胞液搅拌。
[0014]所述细胞培养模块还包括控制所述细胞培养瓶内细胞液温度的控温装置。
[0015]在本专利技术的一些具体实施例中，所述控温装置包括包裹细胞培养瓶的套管、温度传感器和加热电阻。
[0016]优选地，所述套管为易导热金属材质，套管内壁做了哑光处理。
[0017]所述细胞培养模块还包括实时测定所述细胞培养瓶内细胞浓度变化的光学装置。
[0018]在本专利技术的一些具体实施例中，所述光学装置包括LED和光电二极管。
[0019]优选地，所述LED的波长600
‑
950nm。
[0020]所述细胞培养模块还包括至少一个盛培养基的培养基瓶和将所述培养基瓶与所述细胞培养瓶连接的接头、泵、阀和泵管。
[0021]所述细胞培养模块还包括将所述细胞培养瓶与所述细胞诱导模块连接的接头、泵、阀和泵管。
[0022]所述细胞培养模块还包括将所述细胞培养瓶与所述细胞转化模块连接的接头、泵、阀和泵管。
[0023]所述细胞培养模块还包括将所述细胞培养瓶与所述清洗模块连接的接头、泵、阀
和泵管。
[0024]所述细胞培养模块还包括将所述细胞培养瓶内液体排出的接头、泵、阀和泵管。
[0025]所述细胞培养模块的培养模式包括时间模式和吸光度模式。
[0026]所述时间模式即系统运行到设定时间值后自动启动下一步程序。
[0027]所述吸光度模式即细胞生长到达设定吸光度值时自动启动下一步程序。
[0028]所述细胞诱导模块包含至少一个用于接收来自所述细胞培养模块细胞培养瓶内细胞液的培养瓶。
[0029]在本专利技术的一些具体实施例中，所述培养瓶可以是透明玻璃或者透明塑料材质。
[0030]优选地，所述培养瓶是更易传热的玻璃材质。
[0031]在本专利技术的一些具体实施例中，所述培养瓶可以是圆形、方形或多边形。
[0032]所述细胞诱导模块还包括接收所述控制模块发送指令、监控培本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：其包括通过阀、泵和泵管依次串联的下述模块：细胞培养模块，用于培养细胞至用户设定的细胞浓度或细胞培养时间数值；细胞诱导模块，用于诱导细胞表达蛋白质或分子；细胞洗涤与浓缩模块，用于制备感受态细胞；细胞转化模块，用于将外源物质高效转化感受态细胞；清洗模块，分别通过阀、泵和泵管与所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块、细胞转化模块连接，用于清洗所述各模块的容器；所述清洗模块包括至少一个盛清洗液的清洗瓶和将瓶内液体排出的接头、泵、阀和泵管；控制模块，分别与所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块、细胞转化模块、清洗模块、泵连接，用于发送用户预先输入指令到各模块和各个泵，用于控制整个装置运行。2.根据权利要求1所述的一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：所述细胞培养模块包括至少一个用于接种新鲜细胞液或接收来自细胞转化模块的细胞液的细胞培养瓶(优选地，细胞培养瓶为透明玻璃材质，具体是圆形、方形或多边形)，优选地所述细胞培养模块还包括使所述细胞培养瓶内细胞液转动的搅拌装置，和/或控制所述细胞培养瓶内细胞液温度的控温装置，和/或实时测定所述细胞培养瓶内细胞浓度变化的光学装置，优选地所述光学装置包括LED和光电二极管，更优选地，所述LED的波长600
‑
950nm；所述细胞培养模块、细胞诱导模块、细胞洗涤与浓缩模块和细胞转化模块通过阀、泵和泵管依次串联形成闭环。3.根据权利要求2所述的一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：所述细胞培养模块还包括接收所述控制模块发送指令、监控细胞培养瓶数据和发送指令到所述控制模块的电路板。4.根据权利要求3所述的一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：所述细胞培养模块还包括至少一个盛培养基的培养基瓶和将所述培养基瓶与所述细胞培养瓶连接的接头、泵、阀和泵管；优选地，所述细胞培养瓶与所述细胞诱导模块、和/或所述细胞转化模块的接头、泵、阀和泵管，以及所述细胞培养模块还包括将所述细胞培养瓶内液体排出的接头、泵、阀和泵管；优选地，所述细胞培养模块的培养模式包括时间模式和吸光度模式；所述时间模式即系统运行到设定时间值后自动启动下一步程序；所述吸光度模式即细胞生长到达设定吸光度值时自动启动下一步程序。5.根据权利要求1所述的一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：所述细胞诱导模块包含至少一个用于接收来自细胞培养模块的细胞液的培养瓶；还包括接收所述控制模块发送指令、监控培养瓶数据和发送指令到所述控制模块的电路板；优选地，所述细胞诱导模块还包括使所述培养瓶内细胞液转动的搅拌装置，和/或还包括控制所述细胞培养瓶内细胞液温度的控温装置，和/或还包括实时测定所述细胞培养瓶内细胞浓度变化的光学装置，和/或还包括将所述培养瓶与所述细胞洗涤与浓缩模块连接的接头、泵、阀和泵管，以及包括将所述培养瓶内液体排出的接头、泵、阀和泵管；任选地，所述细胞诱导模块的诱导模式包括时间模式和吸光度模式。
6.根据权利要求1所述的一种用于自动化连续循环细胞培养与处理的装置，其特征在于：所述细胞洗涤与浓缩模块包括接收来自细胞诱导模块的细胞液的锥形瓶、控制无菌超纯水的第一注射泵、控制细胞悬液的第二注射泵、控制无菌空气的第三注射泵、控制待转入外源物质的第四注射泵、带滤膜的过滤器、分别与第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵和带滤膜的过滤器连接的四通接头以及连接过滤器和四通接头的快接接头，所述第一注射泵将无菌超纯水经过滤器泵入锥形瓶内的细胞悬液，所述第二注射泵将细胞悬液经过滤器泵出锥形瓶，所述第三注射泵将无菌空气经过滤器泵入锥形瓶，使留在滤膜上细胞进入细胞悬液，所述第四注射泵3将待转化外源物质泵入已经洗涤和浓缩后的细胞液。所述细胞洗涤与浓缩模块还包括控制锥形瓶温度的制冷片，和/或还包括使所述锥形瓶内细胞液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钦宏，袁会领，张媛媛，
申请(专利权)人：中国科学院天津工业生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：