專利名稱：多功能全自動細胞及溶液處理儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療儀器，特別涉及一種通過灌注、超濾及透析的方法置換細胞懸浮液中的特定成分或?qū)毎麘腋∫哼M行稀釋與濃縮的多功能全自動細胞及溶液處理儀
背景技術：
在細胞的低溫或冷凍保存過程中，為了減少低溫損傷，經(jīng)常需要在被保存的細胞懸浮液中加入特定種類和特定濃度的低溫保護劑。例如，保存人類造血干細胞常用的低溫保護劑是二甲基亞砜(DMSO)，而保存人類紅細胞常用的是甘油。而在治療過程中，如果不預先清除細胞懸浮液及細胞內(nèi)的低溫保護劑，而直接將含有低溫保護劑的細胞懸浮液輸入人體，體內(nèi)血液對輸入細胞懸浮液的快速稀釋將會對輸入的細胞造成滲透壓損傷，可能導致細胞移植的失敗。另外，這些輸入人體的低溫保護劑在室溫下對人體有毒副作用。因此，復溫后從細胞懸浮液中去除低溫保護劑十分必要。在干細胞等研究過程中，細胞培養(yǎng)所得細胞懸液通常具有體積大(達數(shù)升)、細胞濃度低等特點。為了便于后續(xù)的應用研究，一般需要將培養(yǎng)所得細胞懸液濃縮數(shù)百甚至數(shù)千倍。另外，其他一些對細胞懸液的稀釋或?qū)θ芤撼煞值闹脫Q也常見于各種臨床和科研應用中。目前常用的相關處理方法為基于離心的方法(如去除低溫保護劑過程中的分步稀釋加離心法)。這種方法中，由于高速離心旋轉而產(chǎn)生的機械力和滲透壓變化常會給細胞帶來嚴重的機械損傷和滲透壓損傷；而且，由于離心分離過程在開放的環(huán)境中進行，這種操作上的非封閉性也會導致生命材料受到細菌的污染；此外，離心法操作繁瑣，效率低下，處理一份細胞懸浮液通常需要2-4小時。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種有效克服現(xiàn)有相關處理方法在致使細胞損傷、可能導致細胞污染以及耗時長、效率低下等方面的不足，能快速平穩(wěn)無污染地添加或去除低溫保護齊U，且可較精確地控制添加或去除速率及細胞懸浮液的體積和溫度，減小處理過程中可能造成的各種細胞損傷的添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的多功能全自動細胞及溶液處理儀。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是:一種多功能全自動細胞及溶液處理儀，具有超濾器、細胞懸浮液容器、置換液容器和廢液容器，各容器與超濾器之間通過輸液管連接，其中細胞懸浮液容器通過第一輸液管與超濾器的內(nèi)腔進口聯(lián)通，同時通過第二輸液管與超濾器的內(nèi)腔出口聯(lián)通形成細胞懸浮液回路，置換液容器通過第三輸液管與超濾器的外腔進口聯(lián)通，廢液容器通過第四輸液管與超濾器的外腔出口聯(lián)通，所述細胞懸浮液回路上設有第一傳感器和第一蠕動泵，第三輸液管上設有第二傳感器、第二蠕動泵、溫控器和透析電磁閥，第四輸液管上設有第三傳感器和第三蠕動泵，且第一輸液管與第二輸液管上分別設有至少一個混合器，每個混合器通過一段輸液管和一個對應的電磁閥與第三輸液管聯(lián)通。
上述多功能全自動細胞及溶液處理儀的混合器有多個(如:有五個，分別為串聯(lián)設置在第一輸液管上的第四混合器和第五混合器，以及串聯(lián)設置在第二輸液管上的第一混合器、第二混合器和第三混合器，其中第一混合器通過第一混合輸液管與第一電磁閥連接，第二混合器通過第二混合輸液管與第二電磁閥連接，第三混合器通過第三混合輸液管與第三電磁閥連接，第四混合器通過第四混合輸液管與第四電磁閥連接，第五混合器通過第五混合輸液管與第五電磁閥連接)。上述多功能全自動細胞及溶液處理儀的各蠕動泵、電磁閥、傳感器以及溫控器均與主控機連接，主控機按照選定的處理程序結合各傳感器的反饋信號形成指令，控制溫控器、各蠕動泵、電磁閥的狀態(tài)和運行參數(shù)，從而控制細胞懸液及其他溶液在耗材中的流速、流向和溫度。上述多功能全自動細胞及溶液處理儀的透析電磁閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥以及第五電磁閥均為夾管閥。上述多功能全自動細胞及溶液處理儀的輸液管均為一次性輸液管。上述多功能全自動細胞及溶液處理儀的傳感器包括溫度傳感器和電導感應器件，溫度傳感器測定溫度信號反饋給主控機，并通過主控機控制溫控器，電導感應器件通過測量和計算控細胞懸液的電導值，實現(xiàn)監(jiān)控細胞懸液中溶質(zhì)濃度變化，實時判斷處理進度。本發(fā)明具有積極的效果:(1)本發(fā)明的多功能全自動細胞及溶液處理儀可以高效地添加或去除細胞懸浮液中低溫保護劑，或?qū)毎麘腋∫哼M行濃縮或稀釋，能有效克服現(xiàn)有方法在致使細胞損傷、可能導致細胞污染以及耗時長、效率低下等方面的不足，能快速平穩(wěn)無污染地添加或去除低溫保護劑，且可較精確地控制細胞懸浮液的體積和溫度，減小處理過程中可能造成的各種細胞損傷；(2)本發(fā)明中所用電磁閥均為夾管閥，管路穿過閥體，通過電磁閥的收縮控制管路中軟管是暢通或是關閉，本身不與管路中的介質(zhì)直接接觸，與蠕動泵配合使用可以保證清洗系統(tǒng)封閉，避免細胞液和清洗液細菌污染；(3)本發(fā)明中采用控溫器，一方面通過控制置換液溫度來達到最終控制血液溫度的目的，另一方面，提高置換液和血液的溫度可以加強擴散效果，加快置換液與血液的混合，或提高清洗的效率；(4)本發(fā)明具有體積小，結構簡單，操作方便，耗時少，可控性強的優(yōu)點。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中圖1為本發(fā)明結構示意圖。
具體實施例方式見圖1，本發(fā)明具有超濾器3、細胞懸浮液容器Cl、置換液容器C2和廢液容器C3，超濾器3采用空心纖維型超濾器，具有內(nèi)腔進口 31、內(nèi)腔出口 32、外腔進口 33和外腔出口34，細胞懸浮液容器Cl、置換液容器C2和廢液容器C3與超濾器3之間通過輸液管連接，其中細胞懸浮液容器Cl通過第一輸液管61與超濾器3的內(nèi)腔進口 31聯(lián)通，第二輸液管62與超濾器3的內(nèi)腔出口 32聯(lián)通形成回路，置換液容器C2通過第三輸液管63與超濾器3的外腔進口 33聯(lián)通，廢液容器C3通過第四輸液管64與超濾器3的外腔出口 34聯(lián)通，所述細胞懸浮液容器Cl與超濾器3回路上設有第一傳感器21和第一蠕動泵Pl，第三輸液管63上設有第二傳感器22、第二蠕動泵P2、溫控器I和透析電磁閥V，第四輸液管64上設有第三傳感器23和第三螺動泵P3,且第一輸液管61與第二輸液管62上分別設有五個混合器,每個混合器通過一個對應的電磁閥與第三輸液管63聯(lián)通，五個混合器分別為串聯(lián)設置在第一輸液管61上的第四混合器44和第五混合器55，以及串聯(lián)設置在第二輸液管62上的第一混合器41、第二混合器42和第三混合器43,其中第一混合器41通過第一混合輸液管631與第一電磁閥Vl連接，第二混合器42通過第二混合輸液管632與第二電磁閥V2連接，第三混合器43通過第三混合輸液管633與第三電磁閥V3連接，第四混合器44通過第四混合輸液管634與第四電磁閥V4連接,第五混合器45通過第五混合輸液管635與第五電磁閥V5連接；各蠕動泵、電磁閥、傳感器以及溫控器I均與控制系統(tǒng)連接，感器包括溫度傳感器和電導感應器件，溫度傳感器測定溫度信號反饋給控制系統(tǒng)，并通過控制系統(tǒng)控制溫控器1，電導感應器件通過測量和計算控細胞懸液或廢液的電導值，實現(xiàn)監(jiān)控細胞懸液中溶質(zhì)濃度變化，實時判斷處理進 度，控制系統(tǒng)按照選定的處理程序結合各傳感器的反饋信號形成指令，控制溫控器1、各蠕動泵、電磁閥的狀態(tài)和運行參數(shù)，從而控制細胞懸液及其他溶液在耗材中的流速、流向和溫度,本實施例中透析電磁閥V、第一電磁閥V1、第二電磁閥V2、第三電磁閥V3、第四電磁閥V4以及第五電磁閥V5均為夾管閥，輸液管均為一次性輸液管，超濾器3也可以采用高通量透析器代替。本發(fā)明依據(jù)的科學原理是:(I)湍流強迫混合:耗材中的細胞懸浮液和置換液在主機驅(qū)動下流經(jīng)一個或多個混合器，進行單點或多點灌注，并在混合器作用下形成強烈湍流，以實現(xiàn)較高的質(zhì)量傳遞效率，從而促進細胞懸浮液和置換液的快速均勻混合，置換液中的低溫保護劑迅速進入細胞懸浮液(添加過程)或者細胞懸浮液中的低溫保護劑被快速稀釋(清洗過程)。(2)過濾、超濾原理:細胞懸浮液流經(jīng)超濾器，通過由半透膜兩側的壓力差產(chǎn)生的大量液體運動，將細胞懸浮液中的將水或低溫保護劑通過半透膜形成濾液排除。(3)透析原理:細胞懸浮液沿一個方向流經(jīng)超濾器內(nèi)沿軸向均勻分布的多孔中空纖維半透膜管，同時，置換液逆向流經(jīng)半透膜管外的區(qū)域。這樣在半透膜管的內(nèi)表面和外表面會產(chǎn)生低溫保護劑的濃度梯度，低溫保護劑會在此濃度梯度的驅(qū)動由高濃度向低濃度方向流動。因此通過應用不同的置換液可以分別達到添加和清除保護劑的目的。實際使用電磁閥和混合器可視應用要求適當變化，分別形成前灌注(即“先灌注后超濾”，一個以上灌注點)或后灌注(即“先超濾后灌注”，一個以上灌注點)。如果關閉電磁閥閥V1、V2、V3、V4，則實現(xiàn)單點前灌注，如關閉電磁閥V3、V4、V5，則實現(xiàn)兩點后灌注。相對于單點灌注，多點灌注結構更為復雜，但有利于實現(xiàn)更小的細胞滲透壓損傷或容許更大的灌注劑量。先灌注后超濾與先超濾后灌注模式區(qū)別在于混合器與超濾器3的相對位置。在參數(shù)設置相同時，“前灌注”模式下細胞在超濾器3中具有更好的通過性，但“后灌注”模式具有更好的處理效率，因此當細胞濃度高時宜選擇“前灌注”模式，而在細胞濃度低時選擇“后灌注”模式。第一蠕動泵Pl的作用是將細胞懸浮液按所要求的流速泵入超濾器3的內(nèi)腔進口31，第二蠕動泵P2的作用是將置換液按所要求的流速泵入混合器或者超濾器3的外腔進口33，第三蠕動泵P3的作用是控制超濾器3的外腔出口 34的流速。第一蠕動泵Pl與第二蠕動泵P2聯(lián)合工作可以實現(xiàn)混合器中細胞懸浮液的稀釋比例，第三蠕動泵P3可以實現(xiàn)超濾控制。下面就以清洗紅細胞懸浮液中的低溫保護劑為例，進一步說明:第一步，超濾清洗:第一電磁閥V1、第二電磁閥V2、第三電磁閥V3、第四電磁閥V4及第五電磁閥V5打開，透析電磁閥V關閉，第一蠕動泵P1、第二蠕動泵P2及第三蠕動泵P3打開，細胞懸浮液經(jīng)混合器與置換液混合稀釋后進入超濾器3，一部分超濾形成廢液進入廢液容器C3，剩余部分返回細胞懸浮液容器Cl，形成循環(huán)。其中，第二蠕動泵P2的轉速隨清洗過程不斷調(diào)整以保持較高的清洗效率；第三蠕動泵P3轉速分三檔:默認D、高H及低L，且默認轉速D與第二蠕動泵P2 —致。第一傳感器21、第二傳感器22及第三傳感器23稱量置換液消耗量與超濾液生成量一亦即細胞懸浮液的灌注量與超濾量的對比情況，并將信息反饋到控制系統(tǒng)，調(diào)整第三蠕動泵P3轉速:當超濾量大于灌注量時，調(diào)整第三蠕動泵P3轉速為低L，當超濾量小于灌注量時，調(diào)整第三蠕動泵P3轉速為高H，從而實現(xiàn)超濾清洗過程中保持細胞懸浮液體積平衡。第二步，透析清洗:將第一電磁閥Vl至第五電磁閥V5都關閉，透析電磁閥V打開，讓置換液作為透析液通過第三輸液管63—溫控器I—透析電磁閥V—輸液管63’進入超濾器3的外腔進口 33，并由外腔出口 34進入廢液容器C3，同時血液由第一蠕動泵Pl循環(huán)泵入超濾器3，形成一個細胞懸浮液與等滲鹽水在中空纖維膜兩側逆向流動，細胞懸浮液中的低溫保護劑不斷被清除，直至達到清除要求。第二步，超濾濃縮:第一螺動栗Pl、第二螺動栗P3運行,第二螺動栗P2停止，電磁閥全部關閉。細胞懸浮液在超濾作用下濃縮，直到達到要求的細胞壓積比。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種多功能全自動細胞及溶液處理儀，具有超濾器(3)、細胞懸浮液容器(Cl)、置換液容器(C2)和廢液容器(C3)，各容器與超濾器(3)之間通過輸液管連接，其中細胞懸浮液容器(Cl)通過第一輸液管￠1)與超濾器(3)的內(nèi)腔進口(31)聯(lián)通，同時通過第二輸液管(62)與超濾器(3)的內(nèi)腔出口(32)聯(lián)通形成細胞懸浮液回路，置換液容器(C2)通過第三輸液管￠3)與超濾器(3)的外腔進口(33)聯(lián)通，廢液容器(C3)通過第四輸液管￠4)與超濾器(3)的外腔出口(34)聯(lián)通，其特征在于:所述細胞懸浮液容器(Cl)與超濾器(3)回路上設有第一傳感器(21)和第一螺動泵(Pl)，第三輸液管(63)上設有第二傳感器(22)、第二蠕動泵(P2)、溫控器(I)和透析電磁閥(V)，第四輸液管￠4)上設有第三傳感器(23)和第三蠕動泵(P3)，且第一輸液管￠1)與第二輸液管￠2)上分別設有至少一個混合器，每個混合器通過一段輸液管和一個對應的電磁閥與第三輸液管￠3)聯(lián)通。
2.根據(jù)權利要求1所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:所述混合器共有五個，分別為串聯(lián)設置在第一輸液管￠1)上的第四混合器(44)和第五混合器(55)，以及串聯(lián)設置在第二輸液管￠2)上的第一混合器(41)、第二混合器(42)和第三混合器(43)，其中第一混合器(41)通過第一混合輸液管￠31)與第一電磁閥(Vl)連接，第二混合器(42)通過第二混合輸液管(632)與第二電磁閥(V2)連接，第三混合器(43)通過第三混合輸液管(633)與第三電磁閥(V3)連接，第四混合器(44)通過第四混合輸液管(634)與第四電磁閥(V4)連接,第五混合器(45)通過第五混合輸液管(635)與第五電磁閥(V5)連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:所述各蠕動泵、電磁閥、傳感器以及溫控器(I)均與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)按照選定的處理程序結合各傳感器的反饋信號形成指令，控制溫控器(I)、各蠕動泵、電磁閥的狀態(tài)和運行參數(shù)，從而控制細胞懸液及其他溶液在耗材中的流速、流向和溫度。
4.根據(jù)權利要求2所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:所述透析電磁閥(V)、第一電磁 閥(VI)、第二電磁閥(V2)、第三電磁閥(V3)、第四電磁閥(V4)以及第五電磁閥(V5)均為夾管閥。
5.根據(jù)權利要求2所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:所述輸液管均為一次性輸液管。
6.根據(jù)權利要求3所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:所述傳感器包括溫度傳感器和電導感應器件，溫度傳感器測定溫度信號反饋給控制系統(tǒng)，并通過控制系統(tǒng)控制溫控器(I)，電導感應器件通過測量和計算控細胞懸液的電導值，實現(xiàn)監(jiān)控細胞懸液中溶質(zhì)濃度變化，實時判斷處理進度。
7.根據(jù)權利要求3所述的多功能全自動細胞及溶液處理儀，其特征在于:可通過灌注、超濾及透析等多種作用實現(xiàn)添加和去除細胞懸浮液中的低溫保護劑等特定成分，或通過灌注、超濾作用對細胞懸浮液進行稀釋與濃縮以達到所要求的最終體積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療儀器，特別涉及一種多功能全自動細胞及溶液處理儀，具有超濾器、儲液容器、蠕動泵、電磁閥混合器和溫控器，通過灌注、超濾及透析相結合的方法置換細胞懸浮液或溶液中的特定成分，或?qū)毎麘腋∫杭叭芤哼M行稀釋與濃縮并精確控制達到所要最終體積。本發(fā)明有效克服現(xiàn)有的相關處理方法在致使細胞損傷、可能導致細胞污染以及耗時長、效率低下等方面的不足，能快速平穩(wěn)無污染地添加或去除低溫保護劑，且可較精確地控制細胞懸浮液和溶液的體積和溫度，減小處理過程中可能造成的各種細胞損傷，具有體積小，結構簡單，操作方便，耗時少，可控性強的優(yōu)點。
文檔編號C12M1/12GK103243026SQ20121003265
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權日2012年2月14日
發(fā)明者周曉明, 高大勇, 劉馳, 趙剛, 馬和武 申請人:常州醫(yī)凌生命科技有限公司