CN109628304A - 一种骨髓间充质干细胞培养系统 - Google Patents

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刘南波
庄建
陈寄梅
郭惠明
陈瑞平
朱烁基
钟颖
覃庚亮
胡海燕
杨雷
温瑜林
刘京奇
杨贵林
黄萍
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庄东林
姜浩东
莫环琦
李星
胡永争
叶兴
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Abstract

本发明属于细胞生物学与组织工程领域，公开了一种骨髓间充质干细胞培养系统，设置有控制模块，所述控制模块控制温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块，并控制培养液、生物酶、清洗模块；母液注入模块将母液注入培养模块，温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块调节培养模块外环境，培养液、生物酶、清洗模块实现对培养模块的工序处理。该发明使得骨髓间充质干细胞培养智能化，只需要将将母液注入便可以自动产生大量骨髓间充质干细胞。

Description

一种骨髓间充质干细胞培养系统
技术领域
本发明属于细胞生物学与组织工程领域，尤其涉及一种骨髓间充质干细胞培养系统。
背景技术
骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cell，简称BMSCs)是骨髓中除造血干细胞以外的另一种重要的成体干细胞，参与构成造血微环境。骨髓间充质干细胞具有自我更新和多向分化的潜能，可诱导分化为脂肪细胞、肌细胞、成骨细胞、软骨细胞、神经细胞和肝细胞等；另外骨髓间充质干细胞，能分泌细胞因子和生长因子，可通过旁分泌和内分泌机制发挥免疫调节作用修复受损的组织器官。同时，骨髓间充质干细胞还具有低免疫原性，取材方便，扩增迅速，遗传背景稳定等特点，因此在组织工程和细胞及基因治疗等方面具有广阔的应用前景。目前骨髓干细胞在培养过程中培养复杂，主要通过人工进行操作，工作量大，流程繁琐，效率低。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)目前骨髓干细胞在培养过程中培养复杂，主要通过人工进行操作，工作量大，流程繁琐，效率低，目前使用的控制单片机运算速率较慢，迭代次数较大，运算效率较低，无法达到骨髓间充质干细胞培养系统的要求。
(2)传统的温度调节系统对温度的调节滞后，难以确定温度对细胞培养的影响，无法适用于细胞的培养系统中。
(3)PH值的测量也会受温度的影响，传统的酸碱调节均忽略了温度对PH的影响，但是在细胞培养系统中对酸碱的控制较严格，温度对于PH的影响将会对细胞的培养造成一定的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种骨髓间充质干细胞培养系统。
本发明是这样实现的，一种骨髓间充质干细胞培养系统设置有：
控制模块，
所述控制模块控制温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块，并控制培养液、生物酶、清洗模块；
母液注入模块将母液注入培养模块，温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块调节培养模块外环境，培养液、生物酶、清洗模块实现对培养模块的工序处理；
所述控制模块内部设置有单片机，单片机采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中,w使粒子保持运动惯性,使其有扩展搜索空间的趋势,w较大时,粒子的运动速度较快,使粒子的搜索区域较大,并且能够使其更快的靠近全局最优粒子,w较小时,粒子的运动速度缓慢,使粒子能够在局部范围内进行精细搜索,有利于算法的收敛，为此w常采取动态调整；
其中:wmax和wmin表示惯性权重最大和最小值,t表示迭代次数,Itermax表示最大迭代次数；
所述温度调节模块中的改进的PI控制器温度调控算法为：
PI控制器的控制规律为：
式中，KP为比例系数；TI为积分时间常数；
气动控制阀的阀体本身可以近似看作是阻容电路(RC)环节，但气动管线本身却是个分布参数系统，二者组合可以用有时滞的一阶滞后环节表示，即为：根据所配置控制阀的参数与条件，本发明中所研究的气动控制阀的传递函数可以表示为RCV系统中热交换器的数学模型可以等效为纯滞后的一阶惯性环节，即：式中，τ为纯滞后时间常数；T为系统时间常数；K为放大倍数，通过系统的对象特性曲线可以求出，RCV系统中热交换器的数学模型为：
从整个控制系统中可以看出，被控对象由控制阀和热交换器组成，数学模型为：
代入具体数据，被控对象的传递函数为：
改进的PI控制器是在原有PI环节上增加微分(D)环节形成PID控制器，在D动作作用下，执行机构的移动速度与被控量的变化速度成正比，微分作用使执行机构快速移动，迅速缓和下来并逐渐消失；
所述酸碱性调节模块内部设置有PH测量器，测量器的测量结果受温度的影响比较大，ph测量器的温度补偿模型为：
其中，T为温度。
进一步，所述检测模块对培养模块进行检测。
进一步，所述控制模块接受检测模块的信息。
进一步，所述培养模块连接有冷冻储存箱。
本发明的优点及积极效果为：
(1)该发明设置有控制模块，将母液注入培养模块后培养由控制模块控制充质干细胞的培养，无需人工进行操作，控制模块中的单片机采用改进的PSO算法，使单片机的运转速率大大提高，减小了其迭代次数，提高了运算效率，达到了骨髓间充质干细胞培养系统的要求。
(2)该发明设置有培养模块，在母液注入培养模块后，细胞贴壁生长后用生物酶将细胞分离，在控制系统下将部分细胞储存在冷冻储存箱，剩余留在培养模块进行下一轮培养，可以实现细胞的自我分裂，并且保留有细胞的原特征；通过对温度调节模块采用改进的PI控制器，对温度调节的滞后进行了补偿，更准确的确定了温度对细胞培养的影响，通过对PH值进行一定的温度补偿，避免了温度对细胞培养系统中酸碱度的影响。
(3)该发明使得骨髓间充质干细胞培养智能化，只需要将将母液注入便可以自动产生大量骨髓间充质干细胞。
附图说明
图1是本发明实施例提供的骨髓间充质干细胞培养系统示意图；
图中：1、温度调节模块；2、酸碱性调节模块；3、压强调节模块；4、控制模块；5、培养液；6、生物酶；7、清洗模块；8、检测模块；9、培养模块；10、冷冻储存箱；11、母液注入模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，该骨髓间充质干细胞培养系统包括：温度调节模块1、酸碱性调节模块2、压强调节模块3、控制模块4、培养液5、生物酶6、清洗模块7、检测模块8、培养模块9、冷冻储存箱10、母液注入模块11。
控制模块4控制温度调节模块1、酸碱性调节模块2、压强调节模块3，并控制培养液5、生物酶6、清洗模块7；
母液注入模块11将母液注入培养模块9，温度调节模块1、酸碱性调节模块2、压强调节模块3调节培养模块外环境，培养液5、生物酶6、清洗模块7实现对培养模块9的工序处理。
进一步检测模块8对培养模块9进行检测。
进一步，所控制模块4接受检测模块8的信息。
进一步，培养模块9连接有冷冻储存箱10。
本发明的工作原理：该发明通过母液注入模块11将母细胞注入培养模块9，通过检测模块8对培养模块9进行检测，控制模块4控制温度调节模块1、酸碱性调节模块2、压强调节模块3进行外环境调节，控制模块4控制培养液5的注入，给培养模块9加入营养液，控制模块4控制生物酶6的注入，使得铁壁生长的细胞分离，成为细胞液，将细胞液部分留在培养模块9中作为母液，继续培养，重复此过程，至细胞的分裂分化能力明显衰减，其他储存在冷冻储存箱10中，清洗模块7在一轮培养结束后进行清洗。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种骨髓间充质干细胞培养系统其特征在于，所述骨髓间充质干细胞培养系统设置有：
控制模块，
所述控制模块控制温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块，并控制培养液、生物酶、清洗模块；
母液注入模块将母液注入培养模块，温度调节模块、酸碱性调节模块、压强调节模块调节培养模块外环境，培养液、生物酶、清洗模块实现对培养模块的工序处理；
所述控制模块内部设置有单片机，单片机采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中,w使粒子保持运动惯性,使其有扩展搜索空间的趋势,w较大时,粒子的运动速度较快,使粒子的搜索区域较大,并且能够使其更快的靠近全局最优粒子,w较小时,粒子的运动速度缓慢,使粒子能够在局部范围内进行精细搜索,有利于算法的收敛，为此w常采取动态调整；
其中:wmax和wmin表示惯性权重最大和最小值,t表示迭代次数,Itermax表示最大迭代次数；
所述温度调节模块中的改进的PI控制器温度调控算法为：
PI控制器的控制规律为：
式中，KP为比例系数；TI为积分时间常数；
气动控制阀的阀体本身可以近似看作是阻容电路(RC)环节，但气动管线本身却是个分布参数系统，二者组合可以用有时滞的一阶滞后环节表示，即为：根据所配置控制阀的参数与条件，本发明中所研究的气动控制阀的传递函数可以表示为RCV系统中热交换器的数学模型可以等效为纯滞后的一阶惯性环节，即：式中，τ为纯滞后时间常数；T为系统时间常数；K为放大倍数，通过系统的对象特性曲线可以求出，RCV系统中热交换器的数学模型为：
从整个控制系统中可以看出，被控对象由控制阀和热交换器组成，数学模型为：
代入具体数据，被控对象的传递函数为：
改进的PI控制器是在原有PI环节上增加微分(D)环节形成PID控制器，在D动作作用下，执行机构的移动速度与被控量的变化速度成正比，微分作用使执行机构快速移动，迅速缓和下来并逐渐消失；
所述酸碱性调节模块内部设置有PH测量器，测量器的测量结果受温度的影响比较大，ph测量器的温度补偿模型为：
其中，T为温度。
2.如权利要求1所述骨髓间充质干细胞培养系统其特征在于，所述检测模块对培养模块进行检测。
3.如权利要求1所述骨髓间充质干细胞培养系统其特征在于，所述控制模块接受检测模块的信息。
4.如权利要求1所述骨髓间充质干细胞培养系统其特征在于，所述培养模块连接有冷冻储存箱。
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