申请/专利权人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

申请日：2018-09-21

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109055217B

主分类号：C12M3/00

分类号：C12M3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.01.15#实质审查的生效;2018.12.21#公开

摘要：本发明公开了一种高通量三维细胞培养系统，包括：多功能机械手平台、自动化细胞培养箱、旋转机械臂、第一机械抓手、第一机械臂、多通道液体分配组件、多通道粘滞体分配组件、第二机械臂、第二机械抓手、高通量微液滴凝胶成型组件。本发明的高通量三维细胞培养系统，通过多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件可高通量地实现液体及粘滞体的精确分配；通过第一机械抓手、第二机械抓手、旋转机械臂实现了多孔板培养板的抓取、转移、开盖，盖盖等平稳操作，从而实现自动化细胞三维培养。本发明的高通量三维细胞培养系统安全可靠、高效便捷、可满足高通量药物筛选、干细胞研究及肿瘤研究等各领域研究人员的高通量细胞三维培养系统。

主权项：1.一种高通量三维细胞培养系统，其特征在于，包括：多功能机械手平台；自动化细胞培养箱，其上设置有可上下移动的旋转机械臂，所述旋转机械臂上设置有第一机械抓手；第一机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第一机械臂上通过第一多功能模块设置有多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件，所述第一多功能模块用于带动所述多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件在所述第一机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动；第二机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第二机械臂上通过第二多功能模块设置有第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件，所述第二多功能模块用于带动所述第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件在所述第二机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动；所述自动化细胞培养箱设置在所述多功能机械手平台侧部，其内设置有多孔培养板旋转架；所述多通道粘滞体分配组件上设置有粘滞体分配枪头。

全文数据：高通量三维细胞培养系统技术领域本发明涉及细胞生物学、组织工程与生物材料及生物技术领域，特别涉及一种。背景技术众所周知细胞三维培养技术相对于传统的二维培养存在着诸多的优势，研究人员从代谢组学、蛋白表达、核酸水平上都证实了这一结论，但在组织工程、生物材料及细胞生物学等生物技术领域，常使用细胞的三维培养技术，而生物学研究人员常由于缺乏生物材料方面的知识仍采用传统的二维细胞培养模型进行研究，或者借助于市场上的水凝胶等简单的三维细胞培养产品进行，不仅价格昂贵还存在诸多弊端。常见的细胞三维培养技术按照有无支架分为无支架型细胞三维培养和支架型细胞三维培养，无支架细胞三维培养分为超低粘附板培养、悬滴培养、旋转滚动培养和磁化培养法，而支架型细胞三维培养按照支架类型的不同分为纳米筛网细胞三维培养和水凝胶细胞三维培养。细胞三维培养在干细胞研究、肿瘤研究及药物发现与开发领域有着极其广阔的应用前景，如药物筛选研究中需要大量的实验，简单手动的三维培养和通道较少的三维培养方式越来越无法满足应用需求，细胞三维培养技术种类繁多，其中培养效果最好的为水凝胶形式的三维培养技术，但由于自动化难度程度较大一直没有自动化解决方案，而自动化难度较小的悬滴培养法和纳米筛网三维细胞培养法自动化解决方案得到应用较多。因此有必要研发一种针对于水凝胶形式三维培养技术的高通量细胞三维培养系统。发明内容本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高通量三维细胞培养系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高通量三维细胞培养系统，包括：多功能机械手平台；自动化细胞培养箱，其上设置有可上下移动的旋转机械臂，所述旋转机械臂上设置有第一机械抓手；第一机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第一机械臂上通过第一多功能模块设置有多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件，所述第一多功能模块用于带动所述多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件在所述第一机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动；第二机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第二机械臂上通过第二多功能模块设置有第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件，所述第二多功能模块用于带动所述第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件在所述第二机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动。优选的是，所述多功能机械手平台的底板上设置有多个用于固定多孔培养板的固定支架。优选的是，所述自动化细胞培养箱设置在所述多功能机械手平台侧部，其内设置有多孔培养板旋转架。优选的是，所述多孔培养板旋转架上设置有多个用于固定多孔培养板的培养支架。优选的是，所述多孔培养板旋转架底部设置有电机。优选的是，所述旋转机械臂设置在所述自动化细胞培养箱的外部，所述旋转机械臂和第一机械抓手用于实现多孔培养板在所述固定支架和培养支架之间的搬运。优选的是，所述多通道粘滞体分配组件上设置有粘滞体分配枪头。优选的是，所述第一机械抓手和第一机械抓手结构相同，均包括驱动模块及设置在所述驱动模块底部的抓爪。优选的是，所述抓爪包括4块L型的抓板，所述驱动模块用于驱动所述抓板在驱动模块底部进行前后或左右方向的滑动。本发明的有益效果是：本发明的高通量三维细胞培养系统，通过多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件可高通量地实现液体及粘滞体的精确分配；通过高通量微液滴凝胶成型组件将凝胶交联剂通过高频震荡方式产生微液滴进行凝胶交联；通过第一机械抓手、第二机械抓手、旋转机械臂实现了多孔板培养板的抓取、转移、开盖，盖盖等平稳操作，从而实现自动化细胞三维培养。本发明的高通量三维细胞培养系统安全可靠、高效便捷、可满足高通量药物筛选、干细胞研究及肿瘤研究等各领域研究人员的高通量细胞三维培养系统。附图说明图1为本发明的高通量三维细胞培养系统的结构示意图；图2为本发明的多功能机械手平台的结构示意图；图3为本发明的自动化细胞培养箱的结构示意图；图4为本发明的第一机械抓手、第二机械抓手的结构示意图；图5为本发明的多通道液体分配组件的结构示意图。附图标记说明：01第一机械臂；02注射泵；03多通道液体分配组件；04多通道粘滞体分配组件；05多孔细胞培养板；06自动化细胞培养箱；07第二机械臂；08培养支架；09高通量微液滴凝胶成型组件；10第二机械抓手；11电源开关；12多孔培养板旋转架；13旋转机械臂；14电机；15第一机械抓手；16第一多功能模块；17第二多功能模块；18固定支架；20多功能机械手平台；30驱动模块；31抓板；40粘滞体分配枪头；32分配头；33分配管。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1-5所示，本实施例的一种高通量三维细胞培养系统，包括：多功能机械手平台20；自动化细胞培养箱06，其上设置有可上下移动的旋转机械臂13，旋转机械臂13上设置有第一机械抓手15，旋转机械臂13可上下自由移动，以配合第一机械抓手15方便实现多孔细胞培养板05的搬运；自动化细胞培养箱06中采用多孔培养板旋转架12进行多孔细胞培养板05的放置与细胞培养，配合机械抓手，实现细胞的自动化培养；且旋转机械臂13设置在所述自动化细胞培养箱06的外部，以保证自动化细胞培养箱06上的密封门能顺利关闭；第一机械臂01，其设置在多功能机械手平台20上，可在多功能机械手平台20上沿Y轴运动；第一机械臂01上通过第一多功能模块16设置有多通道液体分配组件03和多通道粘滞体分配组件04，第一多功能模块16用于带动多通道液体分配组件03和多通道粘滞体分配组件04在第一机械臂01上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动；第二机械臂07，其设置在多功能机械手平台20上，可在多功能机械手平台20上沿Y轴运动；第二机械臂07上通过第二多功能模块17设置有第二机械抓手10和高通量微液滴凝胶成型组件09，第二多功能模块17用于带动第二机械抓手10和高通量微液滴凝胶成型组件09在第二机械臂07上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动。其中，多功能机械手平台20的底板上设置有多个平行设置的用于固定多孔培养板的固定支架18。可以同时放置多个多孔培养板并进行操作，多孔细胞培养包括6孔板、12孔板、24孔板、96孔板、384孔板等。其中，自动化细胞培养箱06设置在多功能机械手平台20侧部，其内设置有多孔培养板旋转架12。多孔培养板旋转架12上设置有多个用于固定多孔培养板的培养支架08。多孔培养板旋转架12底部设置有电机14，电机14带动多孔培养板旋转架12转动。旋转机械臂13和第一机械抓手15用于实现多孔培养板在固定支架18和培养支架08之间的搬运，第一机械抓手15和第二机械抓手10还能实现多孔板培养板的抓取、转移、开盖，盖盖等平稳操作，从而实现自动化细胞三维培养。其中，多通道液体分配组件03和多通道粘滞体分配组件04可高通量地实现液体及粘滞体的精确分配。多通道液体分配组件03包括分配头32和连接在分配头32下端的多根分配管33，多通道粘滞体分配组件04上设置有粘滞体分配枪头40。粘滞体分配专用枪头内含活塞，可实现粘滞体的精确分配。其中，第一机械抓手15和第二机械抓手10结构相同，均包括驱动模块30及设置在驱动模块30底部的抓爪。抓爪包括4块L型的抓板31，驱动模块30用于驱动抓板31在驱动模块30底部进行前后或左右方向的滑动。其中，多功能机械手平台20上还设置有注射泵02，多功能机械手平台20的侧部设置有电源开关11。其中，第一机械臂01、第二机械臂07、第一机械抓手15、第二机械抓手10等各个功能模块均可通过计算机控制。其中，高通量微液滴凝胶成型组件09将凝胶交联剂通过高频震荡方式产生微液滴进行凝胶交联。高通量微液滴凝胶成型组件09，可根据多孔培养板类型差异进行微液滴发生装置转换以匹配不同类型的细胞培养板进行高通量的水凝胶成型，其采用高频震荡或其他雾化手段使得交联剂雾化形成微米级小液滴进行生物材料的交联成型。其中的微液滴发生装置采用模块化的机械设计，可通过拆卸进行转换，内部设计有微孔道保证每个多孔板培养孔对应的发生出口雾化情况相同。工作时，将多孔培养板置于多功能机械手平台20下方底板上的固定支架18上，使用第二机械抓手10进行开盖操作，预配置的水凝胶与细胞混悬液通过多通道粘滞体分配组件04添加至开盖的多孔培养板中，再通过高通量微液滴凝胶成型组件09将交联剂雾化形成微液滴进行水凝胶的交联，一段时间凝胶形成后，利用多通道液体分配组件03添加培养基至多孔培养板后，第二机械抓手10完成盖盖操作，并通过旋转机械臂13和第一机械抓将多孔细胞培养板05转移至多孔培养板旋转架12，将多孔细胞培养板05放置在指定位置进行细胞的三维培养。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

权利要求：1.一种高通量三维细胞培养系统，其特征在于，包括：多功能机械手平台；自动化细胞培养箱，其上设置有可上下移动的旋转机械臂，所述旋转机械臂上设置有第一机械抓手；第一机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第一机械臂上通过第一多功能模块设置有多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件，所述第一多功能模块用于带动所述多通道液体分配组件和多通道粘滞体分配组件在所述第一机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动；第二机械臂，其设置在所述多功能机械手平台上，可在所述多功能机械手平台上沿Y轴运动；所述第二机械臂上通过第二多功能模块设置有第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件，所述第二多功能模块用于带动所述第二机械抓手和高通量微液滴凝胶成型组件在所述第二机械臂上沿X轴里外运动及沿Z轴上下运动。2.根据权利要求1所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述多功能机械手平台的底板上设置有多个用于固定多孔培养板的固定支架。3.根据权利要求2所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述自动化细胞培养箱设置在所述多功能机械手平台侧部，其内设置有多孔培养板旋转架。4.根据权利要求3所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述多孔培养板旋转架上设置有多个用于固定多孔培养板的培养支架。5.根据权利要求4所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述多孔培养板旋转架底部设置有电机。6.根据权利要求5所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述旋转机械臂设置在所述自动化细胞培养箱的外部，所述旋转机械臂和第一机械抓手用于实现多孔培养板在所述固定支架和培养支架之间的搬运。7.根据权利要求1所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述多通道粘滞体分配组件上设置有粘滞体分配枪头。8.根据权利要求1所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述第一机械抓手和第一机械抓手结构相同，均包括驱动模块及设置在所述驱动模块底部的抓爪。9.根据权利要求8所述的高通量三维细胞培养系统，其特征在于，所述抓爪包括4块L型的抓板，所述驱动模块用于驱动所述抓板在驱动模块底部进行前后或左右方向的滑动。

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