專利名稱：細胞環(huán)境液體更換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空間生物技術，具體是指一種能夠在空間環(huán)境下，同時分別對兩種不同細胞進行電融合的空間細胞電融合和培養(yǎng)系統(tǒng)的細胞環(huán)境液體更換裝置。
背景技術：
細胞電融合是一門實用性很強的生物技術，具有高效無毒、簡便易行、通用性強等特點，能夠實施遙控，非常適用于空間實驗。所謂細胞電融合，就是對處在液體中的兩種不同的親本細胞施加高頻交流電場和高壓直流脈沖，使這兩種不同的親本細胞兩兩融合成為一個具有兩種細胞特性的新的細胞個體，植物細胞可通過體細胞融合克服遠緣雜交不孕性培育新品種，動物細胞可通過產生特定抗體的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合獲得用于生產單克隆抗體的雜交瘤細胞。為了確保進行電融合的細胞處在其最佳的生物周期，細胞要保存在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)液中保持細胞活力，由于細胞培養(yǎng)液具有很高的電導率，不宜建立細胞融合所需要的電場。融合液的電導率低，有利于建立理想的融合電場，但融合液中缺乏細胞生存所必須的營養(yǎng)物質，不利于電融合后細胞的培養(yǎng)和生長實驗。鑒于以上原因，在細胞培養(yǎng)和細胞融合的不同階段，必須對其環(huán)境液體進行更換，實現(xiàn)細胞電融合在融合液中進行，融合前和融合后的細胞在培養(yǎng)液中保存、培養(yǎng)和生長。液體更換為開展空間細胞電融合技術的研究創(chuàng)造了條件，為開展空間生物技術研究提供了新的技術方法，具有非常重要的實際意義。資料查新結果顯示只有德國科學家在TEXUS和D-2上進行的細胞電融合實驗中采用了蠕動泵換液。這種換液裝置存在流量低、周期長和換液不徹底的缺點，會延長細胞停留在融合液中的時間，影響細胞的生物活力。

發(fā)明內容
為了解決細胞電融合過程中不同階段對細胞環(huán)境液體的不同要求，本發(fā)明的目的是要提供一種全封閉的、無菌的、可同時分別進行動物親本細胞和植物親本細胞環(huán)境液體置換的細胞環(huán)境液體更換裝置。
本發(fā)明采用了下述技術方案實現(xiàn)細胞環(huán)境液體更換裝置包括兩組結構獨立的換液泵和驅動兩組換液泵同步聯(lián)動的泵驅動機構，與二個換液泵進出口聯(lián)結的二組液體管路，及控制二組液體管路通、斷的液路切換開關和驅動兩組開關同步聯(lián)動的開關驅動機構。
換液泵的腔體是由具有良好的生物相容性的聚碳酸脂材料機械加工成形的圓柱形腔，一端封閉，另一端敞開。封閉端側面有1個液體出口和1個液體進口，進出口之間置有液體過濾網，用來防止腔體內的細胞通過液體出口泄漏。敞開端內裝有一端配有橡膠塞的泵桿，泵桿的另一端面有一內螺紋，泵驅動機構的蝸桿分別與二個相同結構的換液泵的泵桿內螺紋螺接。
液路切換開關由二組，每組有四個，分別控制四條液體管路的通與斷。每個液路切換開關由凸輪、帶壓帽的傳動桿和彈簧組成。彈簧套在傳動桿外并由壓帽壓住，平行固定在箱體內，四條液體管路平行固定在箱體底部并與四條傳動桿垂直，傳動桿的一端面頂在液體管路的側面上。凸輪中心有定位槽與蝸桿緊配合，每個凸輪定位槽的位置相差一定的角度，這角度可根據(jù)所需控制的液體管路通、斷狀態(tài)決定。當開關驅動機構的蝸桿轉動時可以使每個凸輪分別依次到達其推程和回程。凸輪到達推程時推動傳動桿克服彈簧拉伸的阻力向前平移，擠壓硅橡膠液體管路的橫截面，阻斷液體的流通；凸輪到達回程時，傳動桿在彈簧恢復力的作用下回縮，硅橡膠液體管路復原，液體恢復流通。采用這種凸輪，通過電機轉動控制，就可以實現(xiàn)對液體管路的通、斷控制。調節(jié)每個凸輪定位槽的角度和位置，在蝸桿轉動一圈的過程中，可以使每個凸輪在不同的時間到達推程或回程。這樣，液體管路在同一時刻的通斷狀態(tài)就可以分別控制、靈活組合。
細胞和培養(yǎng)液的液體混合物保存在兩組換液泵中，兩組換液泵由泵驅動機構同步驅動，可以將兩組換液泵內的液體通過各自的液體出口同步向外推出，也可以通過液體進口各自向換液泵內同步抽入需要的液體。每個換液泵內有液體過濾網，裝在換液泵液體出口前，可以在液體排出時防止細胞泄漏。換液泵排出或抽入液體時，與其出入口相連的外部液體管路的通斷由液路切換開關控制。液路切換開關由開關驅動機構驅動。每組四個液路切換開關分別控制四條液體管路，它們是廢液、培養(yǎng)液、融合液和含細胞的液體。細胞需要更換環(huán)境液體時，首先，液路切換開關接通廢液管路，同時關斷其余三條管路，泵驅動機構驅動換液泵排出液體。然后，液路切換開關接通培養(yǎng)液或融合液管路，同時關斷其余三條管路，泵驅動機構驅動換液泵抽入培養(yǎng)液或融合液。兩組換液泵都具有無菌防護套，保證了細胞在液體更換過程中的無菌狀態(tài)。
本實用新型的優(yōu)點是1.該裝置可以在空間環(huán)境下，同步分別進行動物細胞和植物細胞生存環(huán)境液體的無菌更換；2.該裝置可以在空間環(huán)境下，細胞環(huán)境液體更換速度快、流量大、周期短、更換徹底、工作效率高；3.該裝置可以在空間環(huán)境下，保證細胞樣品的生物活性。


圖1為空間細胞環(huán)境液體更換裝置結構示意圖；圖2為一組液路切換開關的結構示意圖；圖3為凸輪的平面結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細闡述見圖1，換液泵1的腔體11是采用聚碳酸脂材料機械加工成形的圓柱形腔，一端封閉，另一端敞開?？拷忾]端側面有1個液體出口12和1個液體進口13，進出口之間有開有小孔的陶瓷片和細胞濾膜復合構成的液體過濾網14，可以在液體排出時，使液體順利流過，防止腔體11內的細胞泄漏。敞開端內裝有一端配有橡膠塞16的泵桿15，泵桿15的另一端有一內螺紋151，泵驅動機構的蝸桿4二頭分別與二個相同結構的換液泵1的泵桿15內螺紋151螺接。通過蝸桿4的旋轉，可以使泵桿15在腔體11內作往復平移運動，推出或抽入液體。
泵驅動機構2由步進電機21、小蝸輪22、大蝸輪23和蝸桿24構成，具有對電機力矩放大和電機反轉自鎖功能。步進電機21轉動時，通過小蝸輪22和大蝸輪23之間固定的聯(lián)動關系，使蝸桿24以一定的轉速和力矩轉動，牽引二只換液泵的泵桿15同步進行往復平移運動。
液路切換開關3有二組，每組有四個，分別控制四條液體管路的通與斷。每個液路切換開關由凸輪31、帶壓帽321的傳動桿32和彈簧33組成，彈簧33套在傳動桿32外并由壓帽321壓住，平行固定在箱體6內，四條液體管路5平行固定在箱體頂部61并與傳動桿32垂直，傳動桿的一端面頂在液體管路的側面上。凸輪31中心有定位槽311與蝸桿緊配合，規(guī)定一組四個凸輪的起始轉動位置312的角度為0°，每個凸輪定位槽的位置依次兩兩相差72°角度。
液體管路51為廢液管，52為融合液管，53為培養(yǎng)液管，54為細胞液管。四條液體管路中的三條52、53、54的一端與換液泵1的進口13聯(lián)接，另一條51的一端與換液泵的出口12聯(lián)接，四條液體管路的另一端可分別連到空間細胞電融合系統(tǒng)中的不同的液體室。
開關驅動機構4由步進電機41、小蝸輪42、大蝸輪43和蝸桿44組成。蝸輪蝸桿具有對電機力矩放大和電機反轉自鎖功能。步進電機41轉動時，通過小蝸輪42和大蝸輪43之間固定的聯(lián)動關系，使蝸桿44帶動二組凸輪31共八個以一定的轉速和力矩轉動，分別驅動8根傳動桿32同步進行往復平移運動，控制相應的液路開關導通或關斷。
本項空間細胞環(huán)境液體更換裝置已成功地裝載在神舟四號飛船返回艙內的空間細胞電融合系統(tǒng)內，進行了空間細胞環(huán)境液體的自動更換，達到了生物學家預期的實驗效果。
權利要求
1.一種細胞環(huán)境液體更換裝置，其特征在于該裝置包括兩組結構獨立的換液泵(1)和驅動兩組換液泵同步聯(lián)動的泵驅動機構(2)，與二個換液泵進出口聯(lián)結的二組液體管路(5)，及控制二組液體管路通、斷的液路切換開關(3)和驅動兩組開關同步聯(lián)動的開關驅動機構(4)；
2.根據(jù)權利要求1的一種細胞環(huán)境液體更換裝置，其特征在于所說的換液泵的腔體(11)是由具有良好的生物相容性的聚碳酸脂材料機械加工成形的圓柱形腔，一端封閉，另一端敞開；封閉端側面有1個液體出口(12)和1個液體進口(13)，進出口之間置有液體過濾網(14)；敞開端內裝有一端配有橡膠塞(16)的泵桿(15)，泵桿的另一端面有一內螺紋(151)，泵驅動機構的蝸桿(24)分別與二個相同結構的換液泵(1)的泵桿內螺紋(151)螺接；
3.根據(jù)權利要求1的一種細胞環(huán)境液體更換裝置，其特征在于所說的液路切換開關(3)由二組，每組有四個；每個液路切換開關由凸輪(31)、帶壓帽(321)的傳動桿(32)和彈簧(33)組成，彈簧套在傳動桿外并由壓帽壓住，四個液路切換開關平行固定在箱體(6)內，四條液體管路(5)平行固定在箱體頂部并與傳動桿(32)垂直，傳動桿的一端面頂在液體管路的側面上；凸輪(31)中心有定位槽(311)與蝸桿(44)緊配合，每組四個凸輪的起始轉動位置312的角度為0°，每個凸輪定位槽的位置依次兩兩相差72°角度。
4.根據(jù)權利要求1的一種細胞環(huán)境液體更換裝置，其特征在于所說的液體過濾網(14)是由帶有小孔的燒結陶瓷片和細胞濾膜復合構成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于空間細胞電融合和培養(yǎng)系統(tǒng)的細胞環(huán)境液體更換裝置，該裝置包括兩組結構獨立的換液泵和驅動兩組換液泵同步聯(lián)動的泵驅動機構，與二個換液泵進出口聯(lián)結的二組液體管路，及控制二組液體管路通、斷的液路切換開關和驅動兩組開關同步聯(lián)動的開關驅動機構。本發(fā)明的優(yōu)點是可同時進行二種細胞環(huán)境液體的快速置換，解決了細胞電融合實驗過程中，細胞在保存、培養(yǎng)和融合等不同階段時細胞樣品對環(huán)境液體的不同要求。
文檔編號C12M1/00GK1482233SQ0314167
公開日2004年3月17日 申請日期2003年7月17日 優(yōu)先權日2003年7月17日
發(fā)明者張濤, 楊旭東, 劉學明, 孫榕仁, 張 濤 申請人:中國科學院上海技術物理研究所