細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置及方法制造方法及圖紙

細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置及方法屬于生物醫學工程技術領域。現有技術觀察結果存在時間偏差，還會造成培養液污染。本發明專利技術之裝置為，光源通過照明俯仰轉軸安裝在左升降機構上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉軸安裝在右升降機構上；光源與顯微鏡CCD同軸相向排列；照明俯仰轉軸軸線與攝像俯仰轉軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直；顯微鏡CCD與計算機連接。本發明專利技術之方法為，調整光源高度使其通過照明窗口照明培養液；調整顯微鏡CCD高度使其通過觀察窗口攝錄培養液內部影像；調整光源俯仰角和顯微鏡CCD俯仰角，使光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合；顯微鏡CCD全程、實時攝錄培養液影像并傳送至計算機進行圖像處理，再顯示在顯示屏上。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置及方法，屬于生物醫學工程

技術介紹
細胞發酵罐是醫藥企業生產疫苗、重組蛋白藥物、單抗等最常用也是必備的生物反應器，每家藥廠均有大量細胞發酵罐用于培養細胞。細胞發酵罐罐壁上布設照明窗口、觀察窗口及取樣口，容積有30升、50升等不同規格，應容積規格的不同，照明窗口、觀察窗口及取樣口在罐壁上的高度也不同。近些年，據報道發生的疫苗致死事件時有發生，單克隆抗體、酶、疫苗等生物藥物的質量問題受到各界的廣泛關注。為了確保生物藥物質量，需要對細胞培養過程進行全程實時觀察，從而掌握細胞生長狀態。除了自觀察窗口借助照明窗口的照明粗略觀察外，現有觀測方法還要自取樣口從細胞發酵罐中取出培養液樣液，滴在載玻片上，用倒置顯微鏡目測細胞形態和數量，據此判斷細胞生長狀態是否正常。然而，該方法是在取出樣品后再觀察，并不是實時觀察，由于細胞生長狀態處在動態中，因此，觀察結果與觀察時細胞發酵罐內培養液中細胞生長狀態有所不同；另外，該方法也不是原位觀察，因此，在取出樣品的過程中容易對細胞發酵罐中的培養液造成污染；再有，該方法頻繁取樣，成本較高，操作不便，設置取樣口也使得細胞發酵罐結構復雜。
技術實現思路
為了實現細胞發酵罐內培養液中細胞生長狀態的原位、實時檢測，保證生物藥物的質量，簡化觀察操作，簡化細胞發酵罐結構，降低生產成本，我們專利技術了一種細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置及方法。本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置其特征在于，光源通過照明俯仰轉軸安裝在左升降機構上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉軸安裝在右升降機構上；光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合，光源與顯微鏡CCD相向排列；照明俯仰轉軸軸線與攝像俯仰轉軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直；顯微鏡CCD與計算機連接。本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測方法其特征在于，調整光源在左升降機構上的高度位置，使光源能夠通過照明窗口照明培養液；調整顯微鏡CCD在右升降機構的高度位置，使顯微鏡CCD能夠通過觀察窗口攝錄培養液內部影像；調整光源俯仰角和顯微鏡CCD俯仰角，使光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合；培養液液面低于照明窗口、高于觀察窗口；顯微鏡CCD全程、實時攝錄觀察點培養液影像并傳送至計算機，由計算機對所述影
像進行圖像處理并在計算機顯示屏上顯示。可見，本專利技術實時監測培養液細胞生長狀態，不存在時間差，在顯示屏上看到的細胞生長狀態就是此時此刻的狀態，監測與細胞生長同步，據此，能夠使操作人員第一時間掌握細胞生長狀態，及時采取操控措施。本專利技術優點還在于原位非接觸監測，無需取樣，因此，不存在因監測導致污染培養液的可能性。再有，本專利技術以自動的方式由攝錄設備獲取培養液細胞生長狀態影響，并由計算機進行圖像處理，在顯示屏上顯示，因此，省去了人工頻繁取樣，借助顯微鏡觀測等操作，細胞發酵罐取樣口也隨之取消，罐體結構變得簡單。在顯示屏上顯示的圖像相比于觀察點影像實際上得到兩次放大，一次是由顯微鏡CCD放大，再一次是顯示屏放大，總放大倍數能夠達到200倍，足以滿足監測要求。本專利技術實際上使得采用細胞發酵罐的制藥工藝滿足現行GMP對于醫藥企業生產設備自動化和全程質量監控的要求。附圖說明圖1是本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置結構示意圖，同時也是本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測方法示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖2是顯微鏡CCD中的顯微光學系統結構圖。具體實施方式在本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置中，如圖1所示，光源1通過照明俯仰轉軸安裝在左升降機構3上，顯微鏡CCD 2通過攝像俯仰轉軸安裝在右升降機構4上。光源1光軸與顯微鏡CCD 2光軸重合，光源1與顯微鏡CCD 2相向排列。光源1采用冷光源，如氙燈、白光LED。光源1前置準直鏡，確保有足夠的光強，以滿足監測對照明的要求。顯微鏡CCD 2中的顯微光學系統由李斯特型顯微物鏡組合及卡塞格林反射系統組成，如圖2所示。所述李斯特型顯微物鏡組合具有類似雙高斯結構，此結構有利于校正像散與場曲。由于顯微系統是小像差系統，且傳統卡塞格林反射系統為反射成像，無色差，所以在校正像差時只需校正球差、慧差和位置色差。由于密閉的細胞發酵罐5中的培養液6中含有大量懸浮細胞，所以，基于分辨率的要求，顯微光學系統數值孔徑NA＝0.35，物方分辨率為0.95μm，物方線視場2y＝1.2mm，放大倍率為5倍。基于監測深度的需要，顯微光學系統的工作距離設為25mm。所述左升降機構3、右升降機構4均為絲杠滑塊機構，照明俯仰轉軸、攝像俯仰轉軸分別安裝在左升降機構3、右升降機構4中的滑塊上，絲杠轉動，滑塊在上下方向上移動，帶動光源1、顯微鏡CCD 2上下移動，以適應不同規格如30L或者50L細胞發酵罐5照明窗口7、觀察窗口8的高度。另外，照明窗口7、觀察窗口8的厚度均為12mm。照明俯仰轉軸軸線與攝像俯仰轉軸軸線平行且分別與光源1光軸、顯微鏡CCD 2光軸相
交并垂直；顯微鏡CCD 2與計算機9連接。采用本專利技術之細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測方法的監測過程為，如圖1所示，調整光源1在左升降機構3上的高度位置，使光源1能夠通過照明窗口7照明培養液6；調整顯微鏡CCD 2在右升降機構4的高度位置，使顯微鏡CCD 2能夠通過觀察窗口8攝錄培養液6內部影像；調整光源1俯仰角和顯微鏡CCD 2俯仰角，使光源1光軸與顯微鏡CCD 2光軸重合；培養液6液面低于照明窗口7、高于觀察窗口8；顯微鏡CCD 2全程、實時攝錄觀察點培養液6影像并傳送至計算機9，由計算機9對所述影像進行圖像處理并在計算機顯示屏上顯示。由顯微鏡CCD 2攝錄的影像由CCD自帶軟件進行預處理，再通過Matlab編程，由計算機9進行圖像增強、去噪處理，進一步濾去圖像中的培養液雜質成像部分及培養液細胞圖像的邊緣模糊部分，獲得細節清晰、質量較好的圖像。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置，其特征在于，光源通過照明俯仰轉軸安裝在左升降機構上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉軸安裝在右升降機構上；光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合，光源與顯微鏡CCD相向排列；照明俯仰轉軸軸線與攝像俯仰轉軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直；顯微鏡CCD與計算機連接。

【技術特征摘要】
1.一種細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置，其特征在于，光源通過照明俯仰轉軸安裝在左升降機構上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉軸安裝在右升降機構上；光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合，光源與顯微鏡CCD相向排列；照明俯仰轉軸軸線與攝像俯仰轉軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直；顯微鏡CCD與計算機連接。2.根據權利要求1所述的細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置，其特征在于，光源(1)采用冷光源；光源(1)前置準直鏡。3.根據權利要求1所述的細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置，其特征在于，顯微鏡CCD(2)中的顯微光學系統由李斯特型顯微物鏡組合及卡塞格林反射系統組成，所述李斯特型顯微物鏡組合具有類似雙高斯結構，所述顯微光學系統數值孔徑NA＝0.35，物方分辨率為0.95μm，物方線視場2y＝1.2mm，放大倍率為5倍，工作距離設為25mm。4.根據權利要求1所述的細胞發酵罐中細胞生長狀態原位實時顯微監測裝置，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李琦，于源華，向陽，董萌，
申請(專利權)人：長春理工大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22