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CN103243026A - 多功能全自动细胞及溶液处理仪 - Google Patents

多功能全自动细胞及溶液处理仪 Download PDF

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CN103243026A CN2012100326543A CN201210032654A CN103243026A CN 103243026 A CN103243026 A CN 103243026A CN 2012100326543 A CN2012100326543 A CN 2012100326543A CN 201210032654 A CN201210032654 A CN 201210032654A CN 103243026 A CN103243026 A CN 103243026A
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Abstract

本发明涉及一种医疗仪器，特别涉及一种多功能全自动细胞及溶液处理仪，具有超滤器、储液容器、蠕动泵、电磁阀混合器和温控器，通过灌注、超滤及透析相结合的方法置换细胞悬浮液或溶液中的特定成分，或对细胞悬浮液及溶液进行稀释与浓缩并精确控制达到所要最终体积。本发明有效克服现有的相关处理方法在致使细胞损伤、可能导致细胞污染以及耗时长、效率低下等方面的不足，能快速平稳无污染地添加或去除低温保护剂，且可较精确地控制细胞悬浮液和溶液的体积和温度，减小处理过程中可能造成的各种细胞损伤，具有体积小，结构简单，操作方便，耗时少，可控性强的优点。

Description

多功能全自动细胞及溶液处理仪
技术领域
本发明涉及一种医疗仪器，特别涉及一种通过灌注、超滤及透析的方法置换细胞悬浮液中的特定成分或对细胞悬浮液进行稀释与浓缩的多功能全自动细胞及溶液处理仪
背景技术
在细胞的低温或冷冻保存过程中，为了减少低温损伤，经常需要在被保存的细胞悬浮液中加入特定种类和特定浓度的低温保护剂。例如，保存人类造血干细胞常用的低温保护剂是二甲基亚砜(DMSO)，而保存人类红细胞常用的是甘油。而在治疗过程中，如果不预先清除细胞悬浮液及细胞内的低温保护剂，而直接将含有低温保护剂的细胞悬浮液输入人体，体内血液对输入细胞悬浮液的快速稀释将会对输入的细胞造成渗透压损伤，可能导致细胞移植的失败。另外，这些输入人体的低温保护剂在室温下对人体有毒副作用。因此，复温后从细胞悬浮液中去除低温保护剂十分必要。
在干细胞等研究过程中，细胞培养所得细胞悬液通常具有体积大(达数升)、细胞浓度低等特点。为了便于后续的应用研究，一般需要将培养所得细胞悬液浓缩数百甚至数千倍。另外，其他一些对细胞悬液的稀释或对溶液成分的置换也常见于各种临床和科研应用中。
目前常用的相关处理方法为基于离心的方法(如去除低温保护剂过程中的分步稀释加离心法)。这种方法中，由于高速离心旋转而产生的机械力和渗透压变化常会给细胞带来严重的机械损伤和渗透压损伤；而且，由于离心分离过程在开放的环境中进行，这种操作上的非封闭性也会导致生命材料受到细菌的污染；此外，离心法操作繁琐，效率低下，处理一份细胞悬浮液通常需要2-4小时。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效克服现有相关处理方法在致使细胞损伤、可能导致细胞污染以及耗时长、效率低下等方面的不足，能快速平稳无污染地添加或去除低温保护剂，且可较精确地控制添加或去除速率及细胞悬浮液的体积和温度，减小处理过程中可能造成的各种细胞损伤的添加和去除细胞悬浮液中低温保护剂的多功能全自动细胞及溶液处理仪。
实现本发明目的的技术方案是：一种多功能全自动细胞及溶液处理仪，具有超滤器、细胞悬浮液容器、置换液容器和废液容器，各容器与超滤器之间通过输液管连接，其中细胞悬浮液容器通过第一输液管与超滤器的内腔进口联通，同时通过第二输液管与超滤器的内腔出口联通形成细胞悬浮液回路，置换液容器通过第三输液管与超滤器的外腔进口联通，废液容器通过第四输液管与超滤器的外腔出口联通，所述细胞悬浮液回路上设有第一传感器和第一蠕动泵，第三输液管上设有第二传感器、第二蠕动泵、温控器和透析电磁阀，第四输液管上设有第三传感器和第三蠕动泵，且第一输液管与第二输液管上分别设有至少一个混合器，每个混合器通过一段输液管和一个对应的电磁阀与第三输液管联通。
上述多功能全自动细胞及溶液处理仪的混合器有多个(如：有五个，分别为串联设置在第一输液管上的第四混合器和第五混合器，以及串联设置在第二输液管上的第一混合器、第二混合器和第三混合器，其中第一混合器通过第一混合输液管与第一电磁阀连接，第二混合器通过第二混合输液管与第二电磁阀连接，第三混合器通过第三混合输液管与第三电磁阀连接，第四混合器通过第四混合输液管与第四电磁阀连接，第五混合器通过第五混合输液管与第五电磁阀连接)。
上述多功能全自动细胞及溶液处理仪的各蠕动泵、电磁阀、传感器以及温控器均与主控机连接，主控机按照选定的处理程序结合各传感器的反馈信号形成指令，控制温控器、各蠕动泵、电磁阀的状态和运行参数，从而控制细胞悬液及其他溶液在耗材中的流速、流向和温度。
上述多功能全自动细胞及溶液处理仪的透析电磁阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀以及第五电磁阀均为夹管阀。
上述多功能全自动细胞及溶液处理仪的输液管均为一次性输液管。
上述多功能全自动细胞及溶液处理仪的传感器包括温度传感器和电导感应器件，温度传感器测定温度信号反馈给主控机，并通过主控机控制温控器，电导感应器件通过测量和计算控细胞悬液的电导值，实现监控细胞悬液中溶质浓度变化，实时判断处理进度。
本发明具有积极的效果：
(1)本发明的多功能全自动细胞及溶液处理仪可以高效地添加或去除细胞悬浮液中低温保护剂，或对细胞悬浮液进行浓缩或稀释，能有效克服现有方法在致使细胞损伤、可能导致细胞污染以及耗时长、效率低下等方面的不足，能快速平稳无污染地添加或去除低温保护剂，且可较精确地控制细胞悬浮液的体积和温度，减小处理过程中可能造成的各种细胞损伤；
(2)本发明中所用电磁阀均为夹管阀，管路穿过阀体，通过电磁阀的收缩控制管路中软管是畅通或是关闭，本身不与管路中的介质直接接触，与蠕动泵配合使用可以保证清洗系统封闭，避免细胞液和清洗液细菌污染；
(3)本发明中采用控温器，一方面通过控制置换液温度来达到最终控制血液温度的目的，另一方面，提高置换液和血液的温度可以加强扩散效果，加快置换液与血液的混合，或提高清洗的效率；
(4)本发明具有体积小，结构简单，操作方便，耗时少，可控性强的优点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
见图1，本发明具有超滤器3、细胞悬浮液容器C1、置换液容器C2和废液容器C3，超滤器3采用空心纤维型超滤器，具有内腔进口31、内腔出口32、外腔进口33和外腔出口34，细胞悬浮液容器C1、置换液容器C2和废液容器C3与超滤器3之间通过输液管连接，其中细胞悬浮液容器C1通过第一输液管61与超滤器3的内腔进口31联通，第二输液管62与超滤器3的内腔出口32联通形成回路，置换液容器C2通过第三输液管63与超滤器3的外腔进口33联通，废液容器C3通过第四输液管64与超滤器3的外腔出口34联通，所述细胞悬浮液容器C1与超滤器3回路上设有第一传感器21和第一蠕动泵P1，第三输液管63上设有第二传感器22、第二蠕动泵P2、温控器1和透析电磁阀V，第四输液管64上设有第三传感器23和第三蠕动泵P3，且第一输液管61与第二输液管62上分别设有五个混合器，每个混合器通过一个对应的电磁阀与第三输液管63联通，五个混合器分别为串联设置在第一输液管61上的第四混合器44和第五混合器55，以及串联设置在第二输液管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通过第一混合输液管631与第一电磁阀V1连接，第二混合器42通过第二混合输液管632与第二电磁阀V2连接，第三混合器43通过第三混合输液管633与第三电磁阀V3连接，第四混合器44通过第四混合输液管634与第四电磁阀V4连接，第五混合器45通过第五混合输液管635与第五电磁阀V5连接；各蠕动泵、电磁阀、传感器以及温控器1均与控制系统连接，感器包括温度传感器和电导感应器件，温度传感器测定温度信号反馈给控制系统，并通过控制系统控制温控器1，电导感应器件通过测量和计算控细胞悬液或废液的电导值，实现监控细胞悬液中溶质浓度变化，实时判断处理进度，控制系统按照选定的处理程序结合各传感器的反馈信号形成指令，控制温控器1、各蠕动泵、电磁阀的状态和运行参数，从而控制细胞悬液及其他溶液在耗材中的流速、流向和温度，本实施例中透析电磁阀V、第一电磁阀V1、第二电磁阀V2、第三电磁阀V3、第四电磁阀V4以及第五电磁阀V5均为夹管阀，输液管均为一次性输液管，超滤器3也可以采用高通量透析器代替。
本发明依据的科学原理是：(1)湍流强迫混合：耗材中的细胞悬浮液和置换液在主机驱动下流经一个或多个混合器，进行单点或多点灌注，并在混合器作用下形成强烈湍流，以实现较高的质量传递效率，从而促进细胞悬浮液和置换液的快速均匀混合，置换液中的低温保护剂迅速进入细胞悬浮液(添加过程)或者细胞悬浮液中的低温保护剂被快速稀释(清洗过程)。(2)过滤、超滤原理：细胞悬浮液流经超滤器，通过由半透膜两侧的压力差产生的大量液体运动，将细胞悬浮液中的将水或低温保护剂通过半透膜形成滤液排除。(3)透析原理：细胞悬浮液沿一个方向流经超滤器内沿轴向均匀分布的多孔中空纤维半透膜管，同时，置换液逆向流经半透膜管外的区域。这样在半透膜管的内表面和外表面会产生低温保护剂的浓度梯度，低温保护剂会在此浓度梯度的驱动由高浓度向低浓度方向流动。因此通过应用不同的置换液可以分别达到添加和清除保护剂的目的。
实际使用电磁阀和混合器可视应用要求适当变化，分别形成前灌注(即“先灌注后超滤”，一个以上灌注点)或后灌注(即“先超滤后灌注”，一个以上灌注点)。如果关闭电磁阀阀V1、V2、V3、V4，则实现单点前灌注，如关闭电磁阀V3、V4、V5，则实现两点后灌注。相对于单点灌注，多点灌注结构更为复杂，但有利于实现更小的细胞渗透压损伤或容许更大的灌注剂量。先灌注后超滤与先超滤后灌注模式区别在于混合器与超滤器3的相对位置。在参数设置相同时，“前灌注”模式下细胞在超滤器3中具有更好的通过性，但“后灌注”模式具有更好的处理效率，因此当细胞浓度高时宜选择“前灌注”模式，而在细胞浓度低时选择“后灌注”模式。
第一蠕动泵P1的作用是将细胞悬浮液按所要求的流速泵入超滤器3的内腔进口31，第二蠕动泵P2的作用是将置换液按所要求的流速泵入混合器或者超滤器3的外腔进口33，第三蠕动泵P3的作用是控制超滤器3的外腔出口34的流速。第一蠕动泵P1与第二蠕动泵P2联合工作可以实现混合器中细胞悬浮液的稀释比例，第三蠕动泵P3可以实现超滤控制。
下面就以清洗红细胞悬浮液中的低温保护剂为例，进一步说明：
第一步，超滤清洗：第一电磁阀V1、第二电磁阀V2、第三电磁阀V3、第四电磁阀V4及第五电磁阀V5打开，透析电磁阀V关闭，第一蠕动泵P1、第二蠕动泵P2及第三蠕动泵P3打开，细胞悬浮液经混合器与置换液混合稀释后进入超滤器3，一部分超滤形成废液进入废液容器C3，剩余部分返回细胞悬浮液容器C1，形成循环。其中，第二蠕动泵P2的转速随清洗过程不断调整以保持较高的清洗效率；第三蠕动泵P3转速分三档：默认D、高H及低L，且默认转速D与第二蠕动泵P2一致。第一传感器21、第二传感器22及第三传感器23称量置换液消耗量与超滤液生成量---亦即细胞悬浮液的灌注量与超滤量的对比情况，并将信息反馈到控制系统，调整第三蠕动泵P3转速：当超滤量大于灌注量时，调整第三蠕动泵P3转速为低L，当超滤量小于灌注量时，调整第三蠕动泵P3转速为高H，从而实现超滤清洗过程中保持细胞悬浮液体积平衡。
第二步，透析清洗：将第一电磁阀V1至第五电磁阀V5都关闭，透析电磁阀V打开，让置换液作为透析液通过第三输液管63---温控器1---透析电磁阀V---输液管63’进入超滤器3的外腔进口33，并由外腔出口34进入废液容器C3，同时血液由第一蠕动泵P1循环泵入超滤器3，形成一个细胞悬浮液与等渗盐水在中空纤维膜两侧逆向流动，细胞悬浮液中的低温保护剂不断被清除，直至达到清除要求。
第三步，超滤浓缩：第一蠕动泵P1、第三蠕动泵P3运行，第二蠕动泵P2停止，电磁阀全部关闭。细胞悬浮液在超滤作用下浓缩，直到达到要求的细胞压积比。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多功能全自动细胞及溶液处理仪，具有超滤器(3)、细胞悬浮液容器(C1)、置换液容器(C2)和废液容器(C3)，各容器与超滤器(3)之间通过输液管连接，其中细胞悬浮液容器(C1)通过第一输液管(61)与超滤器(3)的内腔进口(31)联通，同时通过第二输液管(62)与超滤器(3)的内腔出口(32)联通形成细胞悬浮液回路，置换液容器(C2)通过第三输液管(63)与超滤器(3)的外腔进口(33)联通，废液容器(C3)通过第四输液管(64)与超滤器(3)的外腔出口(34)联通，其特征在于：所述细胞悬浮液容器(C1)与超滤器(3)回路上设有第一传感器(21)和第一蠕动泵(P1)，第三输液管(63)上设有第二传感器(22)、第二蠕动泵(P2)、温控器(1)和透析电磁阀(V)，第四输液管(64)上设有第三传感器(23)和第三蠕动泵(P3)，且第一输液管(61)与第二输液管(62)上分别设有至少一个混合器，每个混合器通过一段输液管和一个对应的电磁阀与第三输液管(63)联通。
2.根据权利要求1所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：所述混合器共有五个，分别为串联设置在第一输液管(61)上的第四混合器(44)和第五混合器(55)，以及串联设置在第二输液管(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)通过第一混合输液管(631)与第一电磁阀(V1)连接，第二混合器(42)通过第二混合输液管(632)与第二电磁阀(V2)连接，第三混合器(43)通过第三混合输液管(633)与第三电磁阀(V3)连接，第四混合器(44)通过第四混合输液管(634)与第四电磁阀(V4)连接，第五混合器(45)通过第五混合输液管(635)与第五电磁阀(V5)连接。
3.根据权利要求1或2所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：所述各蠕动泵、电磁阀、传感器以及温控器(1)均与控制系统连接，控制系统按照选定的处理程序结合各传感器的反馈信号形成指令，控制温控器(1)、各蠕动泵、电磁阀的状态和运行参数，从而控制细胞悬液及其他溶液在耗材中的流速、流向和温度。
4.根据权利要求2所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：所述透析电磁阀(V)、第一电磁阀(V1)、第二电磁阀(V2)、第三电磁阀(V3)、第四电磁阀(V4)以及第五电磁阀(V5)均为夹管阀。
5.根据权利要求2所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：所述输液管均为一次性输液管。
6.根据权利要求3所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：所述传感器包括温度传感器和电导感应器件，温度传感器测定温度信号反馈给控制系统，并通过控制系统控制温控器(1)，电导感应器件通过测量和计算控细胞悬液的电导值，实现监控细胞悬液中溶质浓度变化，实时判断处理进度。
7.根据权利要求3所述的多功能全自动细胞及溶液处理仪，其特征在于：可通过灌注、超滤及透析等多种作用实现添加和去除细胞悬浮液中的低温保护剂等特定成分，或通过灌注、超滤作用对细胞悬浮液进行稀释与浓缩以达到所要求的最终体积。
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Patentee after: Wuhu Zhongke Medical life science and Technology Co Ltd

Address before: 230027 23 Department of University of Science & Technology China (West Campus), Shushan District, Anhui, Hefei

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