專利名稱：一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬醫(yī)療儀器，主要涉及一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
糖尿病(Diabetes mellitus, DM)是一種嚴(yán)重威脅人類健康的常見病和多發(fā)病。 目前全球糖尿病患者人數(shù)2. 23億，預(yù)計到2025將增至3. 33億，增長率高達(dá)73%，其中亞洲 的增長率為91 %。我國糖尿病患者約2000萬，由于糖尿病是一種終身疾病，并發(fā)癥較多，因 此成為致死率僅次于癌癥及心血管疾病的第3號殺手。糖尿病正嚴(yán)重威脅人類的健康。糖尿病的防治措施主要包括糖尿病的系統(tǒng)教育、糖尿病的飲食療法、正確而適當(dāng) 的運動療法、血糖的監(jiān)測、藥物治療包括口服藥物與注射胰島素以及外科治療。飲食療法、 運動療法只能有限程度的控制II型糖尿病患者的血糖，不是糖尿病患者控制血糖的主要治 療方法?？诜堤撬幬锖鸵葝u素注射治療不能實時有效的控制糖尿病患者的血糖，因此都 無法避免糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。胰腺器官移植雖然可以有效地控制血糖代謝提高生活質(zhì) 量。但胰腺移植手術(shù)創(chuàng)傷大、并發(fā)癥多，還受到供體短缺，術(shù)后大劑量免疫抑制劑應(yīng)用等限 制。因此這些治療方法都不是理想的根治糖尿病的方法。胰腺及胰島干細(xì)胞移植作為一種 全新的糖尿病的根治方法，它具有移植手術(shù)風(fēng)險小，成功率高，并發(fā)癥少，可重復(fù)移植，免疫 抑制劑用量小，可達(dá)到胰腺移植相似的治療效果。通過胰島干細(xì)胞移植可以動態(tài)控制患者 的血糖代謝，從而實現(xiàn)根治糖尿病，胰島移植是目前最理想的糖尿病治療方法，因此引起了 全球醫(yī)學(xué)研究人員的極大興趣。2000年，加拿大EDMONTON報告了使用2 4個胰腺進行分離，多次移植，使1型糖 尿病患者完全擺脫胰島素的方法。目前成人胰島細(xì)胞移植作為治療糖尿病的一種新方法， 已經(jīng)展現(xiàn)出極其廣闊的臨床應(yīng)用前景及巨大的社會與經(jīng)濟效益。目前胰島移植細(xì)胞分離溫度控制的主要方法一種方法是通過冰袋的冷卻，在酶 灌注時將溫度維持在4°C，當(dāng)進行酶消化時再用電熱絲加熱至37°C ；另外一種方法是在水浴 箱上實現(xiàn)4°C和37°C的控制。用這兩種方法來進行胰島分離的溫度控制效果都不很理想。 用第一種方法進行溫控時，由于電熱絲的熱慣性很大，經(jīng)常發(fā)生溫度過沖，溫控精度不夠， 嚴(yán)重影響了胰島細(xì)胞的分離數(shù)量和存活質(zhì)量。第二種方法雖然可以比較好地實現(xiàn)溫度控制 的要求，但是水浴加熱升溫緩慢，升溫速率不高。酶的消化有時間性，過長的加熱過程會降 低酶對胰腺的催化效果，而且水浴方法需要管路連接，在管路上會有熱量散發(fā)，不能保證酶 進入消化罐時的溫度為37°C。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)，由左右罐 蓋鎖扣、循環(huán)液體入口、不銹鋼消化罐、溫度傳感器、溫度傳感器連接線、半導(dǎo)體變溫元件、 散熱風(fēng)機連接線、功率輸出電路板、散熱風(fēng)機、控制箱電源開關(guān)、液晶顯示屏、輸入鍵盤、控 制箱、不銹鋼消化罐罐蓋、循環(huán)液體出口、鏈接插座、散熱片、功率輸出電路板鏈接電纜、固定螺絲組成，不銹鋼消化罐罐蓋通過左罐蓋鎖扣和右罐蓋鎖扣緊密蓋在不銹鋼消化罐上， 循環(huán)液體入口和循環(huán)液體出口連接外接循環(huán)泵，溫度傳感器通過溫度傳感器連接線連接功 率輸出電路板和功率輸出電路板鏈接電纜，半導(dǎo)體變溫元件安裝在功率輸出電路板上，散 熱片、功率輸出電路板、半導(dǎo)體變溫元件和不銹鋼消化罐的底部通過固定螺絲緊密接觸，散 熱風(fēng)機通過散熱風(fēng)機連接線與功率輸出電路板相連，功率輸出電路板通過鏈接插座和功率 輸出電路板鏈接電纜連接到控制箱，控制箱上設(shè)置控制箱電源開關(guān)、液晶顯示屏輸入鍵盤。 控制箱電源開關(guān)用于開啟系統(tǒng)的電源，液晶顯示屏用于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，輸入鍵盤用于 系統(tǒng)的各種信息輸入。系統(tǒng)的控制電路主要由溫度傳感器、線性校正與放大電路、CPU、光耦隔離、PWM脈 寬調(diào)制電路、功率輸出電路、不銹鋼消化罐體、顯示器、鍵盤等組成。本實用新型的溫度控制 對象是胰島及胰腺干細(xì)胞分離的消化罐，通過鍵盤輸入消化罐工作溫度設(shè)定值，高靈敏度 的熱敏電阻溫度傳感器所測量的溫度信號，經(jīng)CPU(STC12C5A60AD/S》的A/D 口進行A/D轉(zhuǎn) 換，CPU把所測的溫度值送LCD液晶屏顯示，同時將其與鍵盤設(shè)定的溫度值進行比較，將差 值進行PID處理后通過PWM脈寬調(diào)制控制功率輸出電路，實現(xiàn)對半導(dǎo)體制冷器的精確控制， 從而構(gòu)成了實時閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。本實用新型的有益之處是胰島干細(xì)胞分離的數(shù)量和活性是胰島干細(xì)胞移植成功 的關(guān)鍵，用于胰島干細(xì)胞分離的復(fù)合膠原酶的催化效率和溫度是密切相關(guān)的，胰島干細(xì)胞 分離過程需要精確的溫度控制。本實用新型對傳統(tǒng)的胰島分離溫度控制方式進行了全面的 改進，提出了一種簡便且精度高、控制速度快的溫度控制系統(tǒng)。本實用新型系統(tǒng)利用熱電冷 卻器的快速調(diào)溫功能，通過控制變溫元件兩端的電壓極性實現(xiàn)制冷和制熱，并利用單片機 調(diào)節(jié)PID參數(shù)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)溫度的調(diào)控。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠達(dá)到升降溫溫度過 沖小于0. 4°C，恒溫精度士0. 3°C，對實驗小鼠胰島干細(xì)胞分離的數(shù)量和活性均有顯著的提 高。本實用新型設(shè)計合理，所述系統(tǒng)主要用于醫(yī)院胰島干細(xì)胞移植手術(shù)的胰島干細(xì)胞分離 過程的溫度精確控制，提高胰島干細(xì)胞的分離數(shù)量和質(zhì)量，為胰島干細(xì)胞移植手術(shù)提供安 全保障。

[0009]圖1為本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0010]圖2為溫度控制系統(tǒng)工作框圖。[0011]圖3為STC12C5A60AD/S2單片機應(yīng)用電路圖。[0012]圖4為溫度檢測與放大電路圖。[0013]圖5為開關(guān)電源總電路圖。[0014]圖6為功率輸出控制總圖。[0015]圖7為串口通訊電路圖。[0016]圖8為鍵盤接口電路圖。[0017]圖9為串行EEI3ROM電路圖。[0018]圖10為IXD顯示電路圖。[0019]圖11為開關(guān)電源電路與控制電路的PCB板設(shè)計圖[0020]圖12為CPU及外圍電路的PCB板設(shè)計圖。[0021]圖13為PID控制系統(tǒng)框圖。圖14為PID參數(shù)自整定流程圖。圖15為降溫過程溫度與時間的二維圖。圖16為升溫過程溫度與時間的二維圖。圖17為系統(tǒng)應(yīng)用前后胰島分離效果對照圖。
具體實施方案本實用新型結(jié)合附圖和實施例作進一步的說明。實施例1參見圖1，一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)，主要由左罐蓋鎖扣1和右 罐蓋鎖扣15、循環(huán)液體入口 2、不銹鋼消化罐3、溫度傳感器4、溫度傳感器連接線5、8塊半 導(dǎo)體變溫元件6 (marlowlOO)、散熱風(fēng)機連接線7、功率輸出電路板8、散熱風(fēng)機9、控制箱電 源開關(guān)10、液晶顯示屏11、輸入鍵盤12、控制箱13、不銹鋼消化罐罐蓋14、循環(huán)液體出口 16、鏈接插座17、散熱片18、功率輸出電路板鏈接電纜19、固定螺絲20組成。不銹鋼消化罐罐蓋14通過左罐蓋鎖扣1和右罐蓋鎖扣15緊密蓋在不銹鋼消化罐 3上，循環(huán)液體入口 2和循環(huán)液體出口 16連接外接循環(huán)泵，溫度傳感器4通過溫度傳感器連 接線5連接功率輸出電路板8和功率輸出電路板鏈接電纜19，溫度傳感器4把不銹鋼消化 罐3內(nèi)的溫度信號通過溫度傳感器連接線5、功率輸出電路板8、功率輸出電路板鏈接電纜 19輸入到控制箱13內(nèi)，半導(dǎo)體變溫元件6安裝在功率輸出電路板8上，散熱片18、功率輸 出電路板8、半導(dǎo)體變溫元件6和不銹鋼消化罐3的底部通過固定螺絲20緊密接觸，半導(dǎo)體 變溫元件6在制冷時其熱端產(chǎn)生熱量通過散熱片18散發(fā)熱量，散熱風(fēng)機9通過散熱風(fēng)機連 接線7與功率輸出電路板8相連，主要是對散熱片18吹風(fēng)降溫，功率輸出電路板8通過鏈 接插座17和功率輸出電路板鏈接電纜19連接到控制箱13，控制箱13上設(shè)置控制箱電源開 關(guān)10、液晶顯示屏11和輸入鍵盤12?？刂葡潆娫撮_關(guān)10用于開啟系統(tǒng)的電源，液晶顯示 屏11用于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，輸入鍵盤12用于系統(tǒng)的各種信息輸入。使用時，打開控制箱電源開關(guān)10，通過輸入鍵盤12設(shè)定消化罐的開始溫度)， 等消化罐3的溫度達(dá)到4°C并恒溫時，把離體的胰腺放入不銹鋼消化罐3內(nèi)，通過消化罐的 循環(huán)液體入口 2外接循環(huán)泵的入口，通過消化罐的循環(huán)液體出口 16連接到外接循環(huán)泵的出 口，通過左右罐蓋鎖扣1、15蓋好不銹鋼消化罐罐蓋14，啟動外接循環(huán)泵進行胰腺的復(fù)合膠 原酶的灌注。灌注結(jié)束后，通過輸入鍵盤12設(shè)定系統(tǒng)的目標(biāo)溫度為37°C，系統(tǒng)馬上會加溫， 大約5分鐘后不銹鋼消化罐3的溫度達(dá)到37°C并恒溫，把不銹鋼消化罐3放入振蕩器進行 振蕩消化，消化結(jié)束后，通過輸入鍵盤12設(shè)定系統(tǒng)的目標(biāo)溫度為4°C，結(jié)束供體胰腺的灌注 與消化。實施例2溫度控制系統(tǒng)的主要電路設(shè)計與說明參見圖2，系統(tǒng)的控制電路主要由溫度傳感器、線性校正與放大電路、CPU、光耦隔 離、PWM脈寬調(diào)制電路、功率輸出電路、不銹鋼消化罐體、顯示器、鍵盤等組成。本實用新型的 溫度控制對象是胰島及胰腺干細(xì)胞分離的消化罐，通過鍵盤輸入消化罐工作溫度設(shè)定值， 高靈敏度的熱敏電阻溫度傳感器所測量的溫度信號，經(jīng)CPU(STC12C5A60AD/S》的A/D 口進 行A/D轉(zhuǎn)換，處理器把所測的溫度值送LCD液晶屏顯示，同時將其與鍵盤設(shè)定的溫度值進行比較，將差值進行PID處理后通過PWM脈寬調(diào)制控制功率輸出電路，實現(xiàn)對半導(dǎo)體制冷器的 精確控制，從而構(gòu)成了實時閉環(huán)溫度控制系。1. CPU (STC12C5A60AD/S2)的應(yīng)用電路設(shè)計STC12C5A60AD/S2是單時鐘、機器周期為IT的單片機，它是具有高速、低功耗和超 強抗干擾能力的新一代8051單片機，它的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機的指令代碼， 但它的運行速度要比傳統(tǒng)8051單片機快8-12倍。STC12C5A60AD/S2內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM輸出，8路10位A/D轉(zhuǎn) 換Q50K/S)。STC12C5A60AD/S2芯片功能全面，抗干擾能力強，要求系統(tǒng)的外圍電路簡單， 適合胰島及胰腺干細(xì)胞分離的消化罐溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用。在本實用新型的STC12C5A60AD/S2單片機的應(yīng)用電路參見圖3。2.溫度檢測與放大電路的設(shè)計在胰島干細(xì)胞分離過程中，需要溫控系統(tǒng)升溫階段升溫速率高，恒溫階段控溫精 度高，系統(tǒng)對整個溫度測量和控制系統(tǒng)的要求很高。采用IOK的熱敏電阻溫度傳感器可以 較好的滿足系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)的溫度檢測與放大電路參見圖4。J2插座的1、2腳是接IOK 熱敏電阻溫度傳感器，由IC1、RM組成對數(shù)放大電路，線性校正IOK熱敏電阻的R-T曲線， 再由IC3運放放大。由IC2、TO等構(gòu)成消除溫度對反向的影響。3.電源電路的設(shè)計本實用新型的開關(guān)電源的電路圖參見圖5，本實用新型的開關(guān)電源主要由MOSFET 功率開關(guān)管、UC3844脈寬調(diào)制芯片、穩(wěn)壓器TL431、光耦等元件構(gòu)成。圖5中的MOSFET功率開關(guān)管的源極并聯(lián)聯(lián)接的R18、R19、R20是電流取樣電阻， 變壓器原邊電感電流流經(jīng)該電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)濾波后送入UC3844的腳5，構(gòu)成電流控制閉 環(huán)。當(dāng)腳5電壓超過IV時，PWM鎖存器將封鎖脈沖，對電路啟動過流保護功能；UC3844的腳 14與腳7間電阻R23及腳7的接地電容C22決定了芯片內(nèi)部的振蕩頻率，由于UC3844內(nèi)部 有個分頻器，所以驅(qū)動MOSFET功率開關(guān)管的方波頻率為芯片內(nèi)部振蕩頻率的一半；變壓器 原邊并聯(lián)的RCD緩沖電路是用于限制高頻變壓器漏感造成的尖峰電壓。變壓器副邊整流二 極管并聯(lián)的RC回路是為了減小二極管反向恢復(fù)期間引起的尖峰。MOSFET功率管旁邊的RCD緩沖電路是為了防止MOSFET功率管在關(guān)斷過程中承受 大反壓。緩沖電路的二極管選擇快速恢復(fù)二極管，而變壓器二次側(cè)的整流二極管選擇超快
恢復(fù)二極管。當(dāng)輸出電壓升高時，經(jīng)兩電阻R14、R15分壓后接到TL431的參考輸入端(誤差放 大器的反向輸入端)的電壓升高，與TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)參考電壓2. 5V作比較，使得TL431陰 陽極間電壓Vka降低，進而光耦二極管的電流If變大，于是光耦集射極動態(tài)電阻變小，集射 極間電壓變低，也即UC3844的腳1的電平變低，經(jīng)過內(nèi)部電流檢測比較器與電流采樣電壓 進行比較后輸出變高，PWM鎖存器復(fù)位，或非門輸出變低，于是關(guān)斷開關(guān)管，使得脈沖變窄， 縮短MOSFET功率管的導(dǎo)通時間，于是傳輸?shù)酱渭壘€圈和自饋線圈的能量減小，使輸出電壓 Vo降低。反之亦然，總的效果是令輸出電壓保持恒定，不受電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化的影響，達(dá) 到了實現(xiàn)輸出閉環(huán)控制的目的。因為此電源設(shè)計輸出主要是用于變溫元件的功率輸出，本實用新型設(shè)計的溫度控 制系統(tǒng)實現(xiàn)精確溫度控制是通過單片機軟件編程實現(xiàn)PID控制的，所以變溫元件的功率輸出的電源要受CPU的控制。脈寬調(diào)制控制信號為高電平時，D3截止，開關(guān)電源不受影響， 電源電壓輸出最大；當(dāng)脈寬調(diào)制控制信號為低電平時，D3導(dǎo)通，光耦二極管導(dǎo)通，集射極間 電壓變低，也即UC3844的腳1的電平變低，經(jīng)過內(nèi)部電流檢測比較器與電流采樣電壓進行 比較后輸出變高，PWM鎖存器復(fù)位，或非門輸出變低，于是關(guān)斷開關(guān)管，使得脈沖變窄，縮短 MOSFET功率管的導(dǎo)通時間，于是傳輸?shù)酱渭壘€圈和自饋線圈的能量減小，使輸出電壓Vo降 低。光耦隔離電路功能是使輸入和輸出地隔離，防止輸出端大電流通過地流入輸入端，對弱 電部分造成干擾。由D7、D13、C14組成的倍壓電路輸出電壓V2，V2是供給功率輸出管的開 啟電壓。D7、C16、C17、C18、C19、L3組成半導(dǎo)體變溫元件的工作電壓(6-20V可控)。D6、 C10、三端穩(wěn)壓7812、Cll等輸出+12V，C12、三端穩(wěn)壓7805、C13構(gòu)成+5V電壓輸出。4.功率輸出與控制電路設(shè)計系統(tǒng)的功率輸出與控制電路參見圖6。胰島干細(xì)胞分離過程要求系統(tǒng)有制冷和制 熱的功能，需要對半導(dǎo)體變溫元件的功率輸出電壓極性進行變換。本實用新型采用H橋驅(qū) 動控制電路來實現(xiàn)半導(dǎo)體變溫元件兩端的電壓極性的變換。H橋驅(qū)動控制電路主要是把控 制電平調(diào)整到H橋需要的電平，保證MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)。TEC連接在接插件Jl的兩端。 當(dāng)需要加熱時，CPU輸出控制信號使Ql與Q4導(dǎo)通，Q2與Q3截止，TEC的1端為高電平，電流 通過TEC的1腳流過TEC到2腳，TEC處于加熱狀態(tài)。當(dāng)需要制冷時，CPU輸出控制信號使 Q2與Q3導(dǎo)通，Ql與Q4截止，TEC的2端為高電平，電流通過TEC的2腳流過TEC到1腳， TEC處于制冷狀態(tài)。通過對脈寬的控制開關(guān)電源的輸出電壓就可以調(diào)節(jié)加熱制冷升降溫速 率，即可以控制TEC的溫度。CPU輸出的控制信號通過接插件JPl的8、10腳分別控制光偶U5、U6的導(dǎo)通與關(guān) 閉，兩路控制信號有四種情況出現(xiàn)。本論文只要求半導(dǎo)體變溫元件TEC加熱或者制冷兩種 工作狀態(tài)，本論文設(shè)計U5、U6全導(dǎo)通與全關(guān)閉時半導(dǎo)體變溫元件TEC不工作，U5、U6為10 時TEC制冷，U5、U6為01時TEC加熱。(1)U5、U6全導(dǎo)通二極管D9、D10導(dǎo)通，導(dǎo)致Q15、Q18同時導(dǎo)通，Q15、Q18的c極 電壓下降，Ql、Q3截止，半導(dǎo)體變溫元件TEC無電壓輸出，因此TEC不工作。Q)U5、U6全關(guān)閉D8、D11截止，則Q9導(dǎo)通，Q9e極電壓下降，導(dǎo)致Q12截止，則 Q13、Q14均導(dǎo)通，Q2、Q4不工作，半導(dǎo)體變溫元件TEC無電壓輸出，因此TEC不工作。(3)U5、U6為1、0時因為U5導(dǎo)通，D8、D9導(dǎo)通，所以導(dǎo)致Q18導(dǎo)通，因為Q9是截 止的，所以Q12導(dǎo)通，Q12、Q18導(dǎo)通導(dǎo)致Q3截止，因為此時Q13也是導(dǎo)通的，所以Q2截止； 因為U6截止，D10、D11截止，Q15不導(dǎo)通，所以Ql導(dǎo)通，因為Q14導(dǎo)通，所以Q13被鎖定不導(dǎo) 通，則Q4導(dǎo)通，因此工作電壓由Vl — Ql — Jl的1腳一TEC的正極一TEC的負(fù)極一Jl的 2腳一Q4 — R42、R43 —地。半導(dǎo)體變溫元件TEC正向?qū)?，因此TEC加熱。G)U5、U6為0、1時因為U6導(dǎo)通，D10、D11導(dǎo)通，所以導(dǎo)致Q15導(dǎo)通，因為Q9是截 止的，所以Q12導(dǎo)通，Q12、Q15導(dǎo)通導(dǎo)致Ql截止，因為此時Q14也是導(dǎo)通的，所以Q4截止； 因為U5截止，D8、D9截止，Q18不導(dǎo)通，所以Q2導(dǎo)通，因為Q13導(dǎo)通，所以Q14被鎖定不導(dǎo) 通，則Q2導(dǎo)通，因此工作電壓由Vl — Q2 — Jl的2腳一TEC的負(fù)極一TEC的正極一Jl的 1腳一Q2 — R42、R43 —地。半導(dǎo)體變溫元件TEC反向?qū)?，因此TEC制冷。保護電路的設(shè)計(1)過流保護電路當(dāng)流過TEC的電流不斷增大時，通過RlO流過U7A運放3腳的電流也不斷增加，U7A運放3腳的電壓不斷上升，U7A運放3腳的電壓大于它2腳的設(shè)定電 壓時，U7A運放1腳輸出高電壓，導(dǎo)致U7B的7腳輸出高電平。則Q15、Q18導(dǎo)通，Ql、Q3截 止，半導(dǎo)體變溫元件TEC無電壓輸出，保護電路起作用，TEC不工作。(2) CPU工作電壓檢測保護電路當(dāng)CPU的+5V的工作電壓正常時，+5V電壓通過 QlO加到光耦U2上，U2導(dǎo)通，CPU收到+5V電源正常的信號；當(dāng)CPU的+5V的工作電壓沒有 的時候，沒有電壓加到光耦U2上，U2截止，CPU收到+5V電源不正常的信號，CPU不工作。(3)PWM控制電路CPU計算出的PID控制信號通過光耦U4控制Q8的導(dǎo)通與否，再 通過U7B和C5組成的積分放大電路把PWM控制信號轉(zhuǎn)換成模擬控制量，經(jīng)R16和D3控制 開關(guān)電源的輸出電壓。6.其它相關(guān)電路(1)串口通訊電路設(shè)計參見圖7。(2)鍵盤接口電路的設(shè)計參見圖8。(3)串行EEPROM電路的設(shè)計參見圖9。G) IXD顯示電路的設(shè)計參見圖10。7.電路的PCB板的設(shè)計開關(guān)電源電路與控制電路的PCB板設(shè)計參見圖11，CPU及外圍電路的PCB板設(shè)計 參見圖12。8.系統(tǒng)溫度控制策略系統(tǒng)溫度控制采用PID控制，PID器是一種比例、積分、微分并聯(lián)負(fù)反饋控制器。本 實用新型的PID控制系統(tǒng)框圖參見圖13。PID控制的參數(shù)整定采用增量式PID參數(shù)整定。PID控制系統(tǒng)參數(shù)自整定流程圖 參見圖14。實施例3糖尿病病人進行胰島干細(xì)胞移植手術(shù)時，首先需要從供體的胰腺中分離出一定數(shù) 量和質(zhì)量的胰島干細(xì)胞，從供體中分離出高活性和高數(shù)量的胰島干細(xì)胞是成人胰島干細(xì)胞 移植成功的關(guān)鍵。用于胰島干細(xì)胞分離的復(fù)合膠原酶的活性和溫度是密切相關(guān)的，溫度對 胰島干細(xì)胞分離效果影響很大，因此胰島干細(xì)胞分離過程需要精確的溫度控制。本實用新 型使用方便，操作簡單。使用時打開控制箱電源開關(guān)(10)，通過輸入鍵盤(12)設(shè)定好不 銹鋼消化罐⑶的開始溫度G°C)，等不銹鋼消化罐(3)的溫度達(dá)到4°C并恒溫時，把經(jīng)過 修整的供體的胰腺放入不銹鋼消化罐(3)內(nèi)，把供體胰腺的主胰動脈連接到不銹鋼消化罐 (3)的循環(huán)液體入口( 的消化罐內(nèi)端，把供體的主胰靜脈連接到消化罐內(nèi)的循環(huán)液體出 口(16)，蓋好不銹鋼消化罐罐蓋(14)，啟動外接循環(huán)泵進行胰腺的復(fù)合膠原酶的灌注。灌 注結(jié)束后，通過鍵盤設(shè)定系統(tǒng)的目標(biāo)溫度為37°C，系統(tǒng)馬上會加溫，大約5分鐘后不銹鋼消 化罐(3)的溫度達(dá)到37°C并恒溫，把不銹鋼消化罐(3)放入振蕩器進行振蕩消化，消化結(jié)束 后，通過輸入鍵盤(12)設(shè)定系統(tǒng)的目標(biāo)溫度為4°C，結(jié)束供體胰腺的灌注與消化。測試結(jié)果我們在實驗時采用200ml生理鹽水代替胰腺與膠原酶混合物。模擬胰腺的灌注與 消化過程，對系統(tǒng)溫度進行監(jiān)測。測溫采用精度為0. rc的電子溫度計，測溫的傳感器放置 在消化罐內(nèi)部中央，8塊熱電冷卻器變溫元件放置在消化罐的底部。開始測量前消化罐內(nèi)的水溫19. 7°C，環(huán)境溫度20. 5°C。我們首先要測試系統(tǒng)由環(huán)境溫度降到4. 0°C降溫速率與保 持4. 0°C恒溫的效果，然后測試系統(tǒng)由4. 0°C升到37. 0°C升溫速率與保持37. 0°C恒溫的效 果。系統(tǒng)在消化罐內(nèi)的水溫19. 7°C時開始降溫，降到4°C，所用的時間約為5分鐘，恒溫溫 度波動小于0. 3°C，降溫過程溫度與時間的二維圖參見圖15。系統(tǒng)在消化罐內(nèi)的水溫4. O0C 時開始升溫，升到37. O0C，所用時間約為8分鐘，恒溫溫度波動小于0. 3°C，升溫過程溫度與 時間的二維圖參見圖16。測試結(jié)果表明，在升降溫速度、升降溫過沖效應(yīng)以及恒溫效果方 面，本系統(tǒng)都達(dá)到了既定的目標(biāo)和要求。 我們通過對實驗小鼠的胰腺灌注與消化過程的溫度控制來對比本實用新型的優(yōu) 越性。采用水浴法來控制胰腺的灌注與消化過程的溫度控制，實驗小鼠的分離純化后獲 得的胰島數(shù)量比較少，統(tǒng)計小鼠獲得胰島量為60 120IEQ，分離出胰島干細(xì)胞的活性約 60-70% ；本實用新型投入使用后，統(tǒng)計獲得胰島的量為200 230IEQ，胰島細(xì)胞活率> 90%。圖17是本系統(tǒng)投入應(yīng)用前后，實驗小鼠胰島分離效果，圖17(A)是系統(tǒng)使用前的小 鼠胰島干細(xì)胞分離后的圖片，胰島干細(xì)胞分離的數(shù)量和質(zhì)量都很差；圖17(B)是系統(tǒng)使用 后的小鼠胰島干細(xì)胞分離后的圖片，胰島干細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量都有明顯的提高，結(jié)果表明 應(yīng)用該系統(tǒng)進行分離，效果顯著。
權(quán)利要求1.一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，由左罐蓋鎖扣(1)、右 罐蓋鎖扣(15)、循環(huán)液體入口 O)、不銹鋼消化罐(3)、溫度傳感器G)、溫度傳感器連接線 (5)、半導(dǎo)體變溫元件(6)、散熱風(fēng)機連接線(7)、功率輸出電路板(8)、散熱風(fēng)機(9)、控制 箱電源開關(guān)(10)、液晶顯示屏(11)、輸入鍵盤(12)、控制箱(13)、不銹鋼消化罐罐蓋(14)、 循環(huán)液體出口(16)、鏈接插座(17)、散熱片(18)、功率輸出電路板鏈接電纜(19)、固定螺 絲00)組成，不銹鋼消化罐罐蓋(14)通過左右罐蓋鎖扣(1)和右罐蓋鎖扣(1 緊密蓋在 不銹鋼消化罐C3)上，循環(huán)液體入口( 和循環(huán)液體出口 1(16)連接外接循環(huán)泵，溫度傳 感器(4)通過溫度傳感器連接線( 連接功率輸出電路板( 和功率輸出電路板鏈接電 纜(19)，半導(dǎo)體變溫元件(6)安裝在功率輸出電路板⑶上，散熱片(18)、功率輸出電路板 (8)、半導(dǎo)體變溫元件(6)和不銹鋼消化罐C3)的底部通過固定螺絲00)緊密接觸，散熱風(fēng) 機(9)通過散熱風(fēng)機連接線(7)與功率輸出電路板( 相連，功率輸出電路板( 通過鏈 接插座(17)和功率輸出電路板鏈接電纜(19)連接到控制箱(13)，控制箱(1 上設(shè)置控制 箱電源開關(guān)(10)、液晶顯示屏(11)和輸入鍵盤(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 設(shè)置8塊半導(dǎo)體變溫元件(6)。
專利摘要本實用新型提供一種用于胰島干細(xì)胞分離全程溫度控制系統(tǒng)，由左右罐蓋鎖扣、循環(huán)液體出入口、不銹鋼消化罐、溫度傳感器、溫度傳感器連接線、半導(dǎo)體變溫元件、散熱風(fēng)機連接線、功率輸出電路板、散熱風(fēng)機、控制箱電源開關(guān)、液晶顯示屏、輸入鍵盤、控制箱、不銹鋼消化罐罐蓋、循環(huán)液體出口、鏈接插座、散熱片、功率輸出電路板鏈接電纜和固定螺絲組成。該系統(tǒng)利用熱電冷卻器的快速調(diào)溫功能，通過控制變溫元件兩端的電壓極性實現(xiàn)制冷和制熱，并利用單片機調(diào)節(jié)PID參數(shù)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)溫度的調(diào)控。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠達(dá)到升降溫溫度過沖小于0.4℃，恒溫精度±0.3℃，胰島干細(xì)胞分離的數(shù)量和活性均有顯著的提高。
文檔編號C12M1/38GK201857394SQ2010202609
公開日2011年6月8日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者馮靖祎, 胡亮 申請人:浙江大學(xué)