本發(fā)明屬于航天，具體涉及一種在微重力環(huán)境下長期工作的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著載人空間站工程的逐步實(shí)施，對(duì)推動(dòng)前沿空間科學(xué)探索、引領(lǐng)未來空間應(yīng)用技術(shù)發(fā)展具有十分重要的意義。微重力環(huán)境的細(xì)胞長期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是空間站運(yùn)行期間一項(xiàng)重要的任務(wù)。

2、在微重力環(huán)境下長期工作的細(xì)胞培養(yǎng)箱，與地面相比有如下不同：

3、1、地面常用的細(xì)胞培養(yǎng)箱通常要求安裝在通風(fēng)良好的房間內(nèi)，原因是：當(dāng)供應(yīng)co2時(shí)，培養(yǎng)箱的工作空間略微加壓，在設(shè)備運(yùn)行期間會(huì)將少量的二氧化碳釋放到手術(shù)室中，因此房間通風(fēng)必須能夠?qū)⑨尫诺臍怏w安全地帶到室外露天地帶。此外，設(shè)備在長期運(yùn)行期間的散熱可能會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)氣溫升高，因此，細(xì)胞培養(yǎng)箱按要求需要安裝在通風(fēng)良好的房間內(nèi)。但對(duì)于在微重力環(huán)境下運(yùn)行的細(xì)胞培養(yǎng)箱，所處環(huán)境為一個(gè)密閉的系統(tǒng)，即便能做到培養(yǎng)箱周邊空氣流通順暢，和地面所指的“通風(fēng)良好”也不是同一概念，不可能將其安裝在滿足地面要求的環(huán)境中。

4、2、在地面，對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)箱的耗電量的關(guān)注程度與微重力環(huán)境不同。飛行器內(nèi)的能源價(jià)格非常昂貴，與地面相比，耗電量的節(jié)省顯得重要得多。

5、3、在地面運(yùn)行的細(xì)胞培養(yǎng)箱，無需過分考慮因少量泄露而造成的co2氣體的浪費(fèi)。因co2氣體在地面屬于廉價(jià)氣體，供氣瓶內(nèi)氣體耗盡了，更換一瓶即可。但對(duì)于微重力環(huán)境，由于將一瓶氣體由地面運(yùn)送至飛行器的成本很高，co2氣體的節(jié)約使用顯得非常重要。

6、4、在地面，由于重力的影響，對(duì)箱內(nèi)氣體的加熱過程中存在氣體對(duì)流現(xiàn)象，對(duì)流的氣體會(huì)使得箱內(nèi)上下層之間的溫度分布相對(duì)均勻，因而使得培養(yǎng)箱內(nèi)溫度實(shí)現(xiàn)均勻分布相對(duì)容易。對(duì)于微重力環(huán)境下，由于失去的對(duì)流作用，氣體成為良好的隔熱體，對(duì)于利用氣體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)溫度分布的均勻化的方法，就必須做更多的考慮。

7、5、對(duì)于需要在微重力環(huán)境下使用的細(xì)胞培養(yǎng)箱，由于需要考慮將其由地面運(yùn)送至飛行器內(nèi)的高昂的成本，其重量的減輕顯得非常重要。

8、目前已有的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置均在地面運(yùn)行，此類裝置也可提供不同的重力環(huán)境，但由于地面條件的限制，提供的重力均≥1g(即在地面環(huán)境下，1g的重力無法消除，由離心機(jī)產(chǎn)生一定的離心力，該離心力可在0～ng之間變化，此離心力疊加到地面重力上，生成的重力范圍在1g～(1+n)g之間變化)。

9、而且已有的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置未考慮微重力環(huán)境下的試驗(yàn)需要，集成化程度較低，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同類型生物細(xì)胞和組織樣本的長周期/多代自動(dòng)傳代培養(yǎng)、不可進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的各種技術(shù)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)、不可進(jìn)行自動(dòng)顯微觀察及遠(yuǎn)程控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決已有的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置未考慮微重力環(huán)境下的試驗(yàn)需要，集成化程度較低，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同類型生物細(xì)胞和組織樣本的長周期/多代自動(dòng)傳代培養(yǎng)、不可進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的各種技術(shù)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)、不可進(jìn)行自動(dòng)顯微觀察及遠(yuǎn)程控制的問題，本發(fā)明提供了一種在微重力環(huán)境下長期工作的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置，包括：

2、用于提供受控環(huán)境的培養(yǎng)箱、放置于所述培養(yǎng)箱內(nèi)的微重力培養(yǎng)模塊、固定于所述培養(yǎng)箱內(nèi)部的重力模擬裝置、與所述重力模擬裝置連接的重力對(duì)照培養(yǎng)模塊、以及與所述培養(yǎng)箱固定的電控箱、溫控系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)；

3、所述溫控系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)分別與電控箱電連接；

4、所述微重力培養(yǎng)模塊，用于在微重力環(huán)境下培養(yǎng)細(xì)胞；

5、所述重力模擬裝置，用于在微重力環(huán)境下模擬重力；

6、所述重力對(duì)照培養(yǎng)模塊，用于在模擬重力環(huán)境下進(jìn)行對(duì)照培養(yǎng)細(xì)胞；

7、所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收、處理、存儲(chǔ)、顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、采集圖像及設(shè)備工程遙測(cè)參數(shù)信息。

8、可選的，所述培養(yǎng)箱通過保溫隔板劃分為至少兩個(gè)獨(dú)立空間；

9、其中，所述微重力培養(yǎng)模塊和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)于其中一個(gè)獨(dú)立空間；

10、所述重力模擬裝置、重力對(duì)照培養(yǎng)模塊、電控箱、溫控系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)位于另一個(gè)獨(dú)立空間。

11、可選的，所述培養(yǎng)箱包括外殼、內(nèi)膽、保溫層和與外殼鉸接的箱門；

12、所述保溫層的一側(cè)緊貼所述外殼內(nèi)部，另一側(cè)緊貼所述內(nèi)膽。

13、可選的，所述外殼和所述內(nèi)膽均采用高強(qiáng)度的輕質(zhì)鋁合金材料；

14、所述保溫層采用聚氨酯發(fā)泡層。

15、可選的，所述重力模擬裝置包括離心機(jī)。

16、可選的，所述電控箱包括：主控模塊、分別與所述主控模塊連接的電源變換模塊、溫度控制模塊、繼電器控制模塊、以太網(wǎng)復(fù)接模塊和參數(shù)采集模塊；

17、所述主控模塊，用于通過以太網(wǎng)復(fù)接模塊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)注入，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)或流程的調(diào)整；

18、所述電源變換模塊，用于基于設(shè)定電壓等級(jí)的電源輸入進(jìn)行電源變換；

19、所述溫度控制模塊，用于基于以太網(wǎng)復(fù)接模塊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)注入，進(jìn)行溫控參數(shù)調(diào)制；

20、所述繼電器控制模塊，用于基于以太網(wǎng)復(fù)接模塊轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)注入，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)各液泵、內(nèi)部擾流風(fēng)扇、二氧化碳供氣閥等控制；

21、所述以太網(wǎng)復(fù)接模塊，用于接收數(shù)據(jù)注入，并轉(zhuǎn)發(fā)至所述主控模塊、所述電源變換模塊、所述溫度控制模塊、所述繼電器控制模塊和所述參數(shù)采集模塊中，同時(shí)發(fā)送圖像數(shù)據(jù)和科學(xué)參數(shù)；

22、所述參數(shù)采集模塊，用于基于溫度傳感器、二氧化碳傳感器進(jìn)行參數(shù)采集。

23、可選的，所述電控箱還包括：與所述主控模塊連接的圖像處理模塊和光通信模塊；

24、所述圖像處理模塊，用于對(duì)所述以太網(wǎng)復(fù)接模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

25、所述光通信模塊，用于向上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)所述圖像處理模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)。

26、可選的，所述溫控系統(tǒng)包括加熱片和風(fēng)扇；

27、所述加熱片包括多個(gè)，位于所述培養(yǎng)箱的側(cè)面和底部，用于為所述培養(yǎng)箱加熱；

28、所述風(fēng)扇固定于所述培養(yǎng)箱頂部一側(cè)，用于帶動(dòng)氣體流動(dòng)。

29、可選的，所述氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)，包括：具有壓力數(shù)值顯示的二氧化碳?xì)馄?、氣管和電磁閥；

30、所述氣管一端與所述二氧化碳?xì)馄窟B接，另一端穿過所述培養(yǎng)箱的箱門，進(jìn)入所述培養(yǎng)箱的底部；

31、所述電磁閥位于所述氣管上，用于控制向所述微重力培養(yǎng)模塊輸送二氧化碳?xì)怏w。

32、可選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)包括：成像照明燈、白光相機(jī)和顯示屏；

33、所述顯示屏安裝于所述培養(yǎng)箱的箱門上，用于顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、采集圖像及設(shè)備工程遙測(cè)參數(shù)信息；

34、所述成像照明燈、所述白光相機(jī)分別固定于所述培養(yǎng)箱內(nèi)部。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

36、本發(fā)明提供的一種在微重力環(huán)境下長期工作的醫(yī)學(xué)樣本制備裝置，包括：用于提供受控環(huán)境的培養(yǎng)箱、放置于所述培養(yǎng)箱內(nèi)的微重力培養(yǎng)模塊、固定于所述培養(yǎng)箱內(nèi)部的重力模擬裝置、與所述重力模擬裝置連接的重力對(duì)照培養(yǎng)模塊、以及與所述培養(yǎng)箱固定的電控箱、溫控系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)；所述溫控系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w濃度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)分別與電控箱電連接；所述微重力培養(yǎng)模塊，用于在微重力環(huán)境下培養(yǎng)細(xì)胞；所述重力模擬裝置，用于在微重力環(huán)境下模擬重力；所述重力對(duì)照培養(yǎng)模塊，用于在模擬重力環(huán)境下進(jìn)行對(duì)照培養(yǎng)細(xì)胞；所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收、處理、存儲(chǔ)、顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、采集圖像及設(shè)備工程遙測(cè)參數(shù)信息。本發(fā)明考慮了微重力環(huán)境下的試驗(yàn)需要，集成化程度高，采用數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)顯微觀察，采用電控箱可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等功能。