[发明专利]细胞和组织培养液的pH/氧分压/二氧化碳分压的自动控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程细胞和组织培育领域，特别涉及一种细胞和组织培养液的pH/氧分压/二氧化碳分压的自动控制方法和系统。

背景技术

体外培养环境中，细胞和组织在生长过程中不断消耗O₂，产生CO₂并积聚在培养液中，使培养液pH不断下降。

维持pH稳定的常规方法是丢弃旧培养液然后添加新培养液，称为换液。换液这一方式是在pH值下降到相当低时进行，导致生化环境的较大波动，同时频繁换液将大大增加污染的风险。

维持培养液的氧分压/二氧化碳分压需要充分的气体交换，即氧气的供给和二氧化碳的排出。常规方法主要有：一、在二氧化碳孵箱中，借助培养液容器上的通气孔以开放的方式实现被动的气体交换，其交换效率低下，并不能按需要实施调控；二、在培养液中插入氧气管，管口安装微孔气体注入器，直接向培养液中注入氧气产生气泡与培养液接触充氧，此法易滋生细菌，产生的气泡也容易破坏培养的细胞。

此外，一些细胞和组织则需要特殊的培养条件，例如在低氧的条件下软骨组织的生长更好，成纤维细胞需要偏碱性的环境，连续培养的细胞株则多需要偏酸性的环境。低氧孵箱虽然能实现某一恒定的低氧分压环境，但不能任意控制pH处于某一预设范围，也不能保持稳定。

组织工程组织的体外培养是一个长期的过程，需要数周甚至数月。这一培养过程中，组织生长到不同阶段，对生化环境的需要也是不同的。最常用于改变生化环境的方法是换液并转移至不同的孵箱。这一方法除了增加污染的风险，也会中断组织的连续生长过程。因此，本领域急需一种全封闭并自动改变生化环境的培养方法和系统，能够实现组织的长期连续培养。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种细胞和组织培养液的pH/氧分压/二氧化碳分压的自动控制方法，本方法可实现在全封闭的培养条件下灵敏迅速地将培养液的pH、氧分压和二氧化碳分压控制在指定的范围，减少生化环境出现显著波动，避免换液产生的污染风险。同时，本方法能在不中断培养过程的情况下，通过改变预设控制值范围，将pH、氧分压和二氧化碳分压控制在不同的水平，以满足组织生长不同时期对不同生化环境的需要。

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种细胞和组织培养液的pH/氧分压/二氧化碳分压的自动控制系统，该系统具有新鲜培养液与循环培养液两个各自相对独立的循环系统，形成气/液和液/液一体化交换，能够实现不开仓就能更新培养液，能够实现组织的长期连续培养，可实现在全封闭的培养条件下灵敏迅速地将培养液的pH、氧分压和二氧化碳分压控制在指定的范围，减少生化环境出现显著波动，避免换液产生的污染风险。同时，本系统能在不中断培养过程的情况下，通过改变预设控制值范围，将pH、氧分压和二氧化碳分压控制在不同的水平，以满足组织生长不同时期对不同生化环境的需要。

本发明的目的是这样实现的：一种细胞和组织培养液的pH/氧分压/二氧化碳分压的自动控制方法，包括如下步骤：

1）预先设定培养液的pH、氧分压和二氧化碳分压的控制值范围；

2）在培养液的循环使用过程中实时检测培养液的pH、氧分压和二氧化碳分压；

3）将步骤2）中的实时检测获取的pH、氧分压和二氧化碳分压的测定值与步骤1）中预设的控制值范围进行比较，判断测定值是否在预设控制值范围内；

4）若测定值不在预设控制值范围内，根据培养液的pH或氧分压或二氧化碳分压的情况，向培养液补充氮气、氧气、二氧化碳中的一种或几种，进行气体交换；

5）待培养液进行气体交换，pH、氧分压和二氧化碳分压的测定值达到预设控制值范围后，停止向培养液补充气体。

步骤4）所述若测定值不在预设控制值范围内，根据培养液的pH或氧分压或二氧化碳分压的情况，当其中一项指标不在预设控制值范围内，则调节该项指标，使该项指标恢复到预设控制值范围；当其中两项或三项指标不在预设控制值范围内，则按先后次序依次调节培养液的二氧化碳分压、氧分压、pH指标，使各项指标恢复到预设控制值范围。