[发明专利]一种小型化空间实验用细胞培养装置

说明书

本发明提供一种小型化空间实验用细胞培养装置，能够在空间及同等恶劣环境下自主控制细胞培养过程及在线观测。包括高强度承载机构、环境参数测控单元、在线观测单元和细胞培养芯片单元；其中：所述高强度承载机构为细胞培养芯片单元提供支持结构和保温环境；所述环境参数测控单元对细胞培养环境的温度、湿度、CO2气体浓度进行检测，并将检测信息发送给测控组件，实现环境参数反馈调节；所述细胞培养芯片单元为微流控芯片或其它微型培养器件提供支持结构和气液流路接口；所述在线观测单元为细胞培养过程的实时观测提供照明调节、适用于光学显微镜观测的窗口结构。

技术领域

本发明属于微全分析系统的空间生物实验技术领域，涉及自主控制细胞体外培养和观测过程的微流控芯片、动态培养装置及方法，特别涉及一种小型化空间实验用细胞培养装置。

背景技术

细胞体外培养技术是细胞生物学研究的基础，在生物技术研究领域占有十分重要的位置。常规的细胞培养使用细胞培养瓶、CO2培养箱等装置来培养细胞，不能精确重现体内的微环境，且不适用于细胞长时间的在线观测。九十年代以年来微流控技术的发展为细胞培养提供了新的思路和方法。微流控芯片的通道尺寸一般在几十至几百微米，和细胞的尺寸大致相当，能够从空间和时间上对流体进行精确地控制，节省大量的试剂和细胞，具有传统细胞培养技术无可比拟的优势。微流控芯片上的细胞培养技术已经在细胞迁移、药物筛选、细胞分化等领域得到广泛应用。

针对芯片上的细胞培养，长时间和高通量是两个基本的要求，此外还有可控性、可观察性等多方面的要求。在培养过程中进行实时的形态观察，生化检测、微环境调控等操作时往往都会有污染的风险，同时也不利于保证实验的重复性和平行性，为实验带来了难度和风险。自动化的培养能够大大降低这些风险和难度，国内外一些基于微芯片的自动化细胞培养装置大多体积庞大、功耗高、价格昂贵，并受加工要求高等条件限制，很难满足空间搭载等实验环境对小型化、低功耗、高可靠性等要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化空间实验用细胞培养装置，能够在空间及同等恶劣环境下自主控制细胞培养过程及在线观测。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种小型化空间实验用细胞培养装置，包括高强度承载机构、环境参数测控单元、在线观测单元和细胞培养芯片单元；其中：

所述高强度承载机构为细胞培养芯片单元提供支持结构和保温环境；

所述环境参数测控单元对细胞培养环境的温度、湿度、CO2气体浓度进行检测，并将检测信息发送给测控组件，实现环境参数反馈调节；

所述细胞培养芯片单元为微流控芯片或其它微型培养器件提供支持结构和气液流路接口；

所述在线观测单元为细胞培养过程的实时观测提供照明调节、适用于光学显微镜观测的窗口结构。

进一步地，所述高强度承载机构采用铝合金作为结构材料，为内外胆双层结构形式，外层结构起到整体支撑和良好散热的作用，能够满足空间搭载实验环境苛刻的力学要求；内层结构为细胞培养芯片提供稳定的培养环境，并支持对培养过程进行实时观测。

进一步地，内外层结构之间填充隔热材料，以提高内部环境的热稳定性，有效降低热控功耗。

进一步地，所述环境参数测控单元采用半导体加热制冷片结合温度传感器实现对装置内部微环境温度的反馈调节。

进一步地，小型化的湿度传感器和CO2传感器对装置内的湿度和CO2气体浓度进行检测，为参数调节提供反馈信号。