本实用新型专利技术公开了一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，该系统包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。采用三电极式针状传感器实现培养液中氧含量、葡萄糖含量、pH值大小及温湿度、压力等反应器环境参数的准确、快速测定及在线监测，恒电位电路使工作电极相对于参比电极的电位保持恒定，保证电化学反应稳定进行，并使待测信号经工作电极稳定输出；将稳定的待测信号输送到上位机中，实现了生物反应器的参数实时在线监测与微环境的准确预测。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于智能仪器和生物医学相结合的交叉领域，涉及一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统。
技术介绍
组织工程(Tissue Engineering)是目前生物医学国际研究中最受关注的领域之一，属于人体医学、细胞生物学、分子生物学、材料学、设计工程等多学科交叉领域。基于组织工程的概念，科学家目前已初步实现利用种子细胞、生物材料及生长因子等要素设计和制造人体组织甚至于整个器官。每年有数以百万计的人患有各种组织、器官的丧失和功能性障碍，需要各种生物材料包括最新组织工程产品用于修复损伤以及改善缺陷，需求将不断快速增长。组织工程是在多学科交叉基础上，通过细胞生物学和生物材料的相互融合，在体外或者在体内构建具有正常结构和功能的特定组织或器官，用来修复和改善人体受损组织或器官。为了使获得的组织结构成为修复人体缺损的种植体，各国开发了多种组织工程生物反应器，目的是为组织提供类似于体内的微环境，促进细胞间的各种传质作用，并控制氧含量、pH值、葡萄糖以及温湿度、压力等参数。目前组织工程反应器主要是用于血管、肌腱、皮肤、软骨、肝脏等组织的体外培养，可以分为机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、膜式生物反应器、微载体反应器、中空纤维反应器、灌注式生物反应器、旋转壁式生物反应器等。对于培养组织细胞过程中培养液的反应进程监测与判别问题一直停留在依靠专家经验的阶段，这种经验判断方法无法实现定性、准确检测与实时数据分析，造成培养液浪费，且人为接触培养液容易造成组织细胞污染，无法从根本上解决生物反应器智能化监测与无菌化培养的问题。
技术实现思路
为了克服目前生物医学上组织细胞培养过程中存在的反应进程监测与判别问题，提高现有生物反应器系统的智能化监测程度，本技术的目的在于提供一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统。一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。所述电流传感器模块为三电极针管状传感器，直径为500μm，包括三层电极，由内至外依次为工作电极、对电极及参比电极；所述工作电极采用5μm的Pt丝制作；所述对电极采用烧结玻璃制作，直径为125μm；所述参比电极采用不锈钢制作；所述工作电极上固化有生物酶。生物酶固化在工作电极Pt丝上，传感器工作时，生物酶与生物反应器中培养液接触，在一定的外加信号刺激下工作电极周围发生电化学反应，产生微弱电流。所述参比电极与对电极之间设置有环氧树脂层。环氧树脂层用于封装固定。所述恒电位电路的电压输入端上还设置有电压补偿模块。还包括设置在数据采集与处理单元和上位机之间的无线传输单元。所述信号调理模块包括DAC转换器、运算放大器、I/V转换模块及自动选档电路。所述数据采集与处理单元为Silicon Lab公司的C8051F064芯片。所述自动选档电路为多路复用器，型号为Maxim公司的MAX4617。所述的运算放大器型号为ADI公司的OP777/AD8608/AD8627。所述无线传输单元为NI WSN模块。所述的DAC转换芯片型号为ADI公司的nanoDAC系列AD5060。所述上位机为LabVIEW虚拟仪器上位机管理平台。采用NI公司的无线传感模块由NI WSN-3231测量节点和NI WSN-9791网关组成，能实现传感器采集数据的远程监测，快速高效而且通信可靠。恒电位电路模块采用三个ADI公司的低功耗精密运算放大器组成，三个运放分别作为信号输入、电压跟随器和电流电压转换的作用。该电路作为三电极式传感器的接口电路，能将外部激励信号准确地施加在参比电极上，实现工作电极相对于参比电极上的电位保持恒定，且能自动调节。三电极针状传感器置于生物反应器内培养液中，MCU将激励电压信号通过DA转换芯片输出，信号经恒电位电路作用在三电极针状传感器的参比电极上，趋使生物反应器内发生电化学反应。恒电位电路使工作电极相对于参比电极的电位保持恒定，保证电化学反应稳定进行，并使待测信号经工作电极稳定输出。待测信号经过I/V转换及自动选档放大电路将微弱电流转换成电压信号，再输入到MCU自带的ADC能处理的范围，然后将调理后的信号送入MCU进 行AD转换并进行数据处理，处理后的数据可以经外部存储器进行存储，也可以经无线传感网络将数据上传至上位机进行后续处理及分析。有益效果本技术提供了一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，该系统包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。采用三电极式针状传感器实现培养液中氧含量、葡萄糖含量、pH值大小及温湿度、压力等反应器环境参数的准确、快速测定及在线监测，恒电位电路使工作电极相对于参比电极的电位保持恒定，保证电化学反应稳定进行，并使待测信号经工作电极稳定输出；将稳定的待测信号输送到上位机中，实现了生物反应器的参数实时在线监测与微环境的准确预测。附图说明图1是本技术的检测系统原理框图；图2为本技术中的三电极针管状传感器剖面示意图；图3为本技术中采用的恒电位电路示意图；标号说明：1-烧结玻璃，2-5μm铂丝，3-生物酶，4-环氧树脂，5-不锈钢。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本技术做进一步的说明。如图1所示，一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。如图2所示，所述电流传感器模块为三电极针管状传感器，直径为500μm，包括三层电极，由内至外依次为工作电极、对电极及参比电极；所述工作电极采用5μm的Pt丝2制作；所述对电极采用烧结玻璃1制作，直径为125μm；所述参比电极采用不锈钢5制作；所述工作电极上固化有生物酶3。生物酶固化在工作电极Pt丝上，传感器工作时，生物酶与生物反应器中培养液接触，在一定的外加信号刺激下工作电极周围发生电化学反应，产生微弱电流。所述参比电极与对电极之间设置有环氧树脂4层。环氧树脂层用于封装固定。如图3所示，所述恒电位电路的电压输入端上还设置有电压补偿模块。激励信号V_in1输入恒电位电路时容易受到干扰，使得两电极之间电位发生变化，因此为了准确地将两电极之间的电位准确恒定为设定值，输入激励信号的同时引入另一路可微调信号V_in2进行了电压补偿，采用精密基准电压源和可调电阻对输入信号进行准确调节，能够保持两电极之间的电位准确恒定。还包括设置在数据采集与处理单元和上位机之间的无线传输单元。所述信号调理模块包括DAC转换器、运算放大器、I/V转换模块及自动选档电路。所述数据采集与处理单元为Silicon 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，其特征在于，包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。
【技术特征摘要】
1.一种基于组织工程液压生物反应器的智能化监测系统，其特征在于，包括电流传感器模块、恒电位电路、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机；所述电流传感器模块设置于生物反应器内培养液中；所述电流传感器模块、信号调理模块、数据采集与处理单元及上位机依次相连；所述数据采集与处理单元通过恒电位电路与电流传感器模块相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流传感器模块为三电极针管状传感器，直径为500μm，包括三层电极，由内至外依次为工作电极、对电极及参比电极；所述工作电极采用5μm的Pt丝制作；所述对电极采用烧结玻璃制作，直径为125μm；所述参比电极采用不锈钢制作；所述工作电极上固化有生物酶。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参比电极与对电极之间设置有环氧树脂层，环氧树脂层用于封装固定。4.根据权利要求1-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：高云鹏，柯盼盼，陈婧，张韵琦，刘海蓉，李永生，周冰航，黎灿兵，何鞁，周征，李林，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43
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