生物反应器培养参数的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了生物反应器培养参数的控制系统及方法，包括主控单元、子控制单元、托盘及细胞培养袋；所述主控单元用于接收用户设置的参数信息并根据参数信息控制各子控制单元执行相应操作；所述子控制单元包括温度控制单元、液体控制单元、气体控制单元及摇动控制单元。通过一个主控单元分别控制温度控制单元、液体控制单元、气体控制单元及摇动控制单元，在系统架构和结构形式上区别于现有的一次性生物反应器，且每个子控单元都属于一种闭环控制，使得整个系统控制精度高，控制稳定性好，系统响应快。

【技术实现步骤摘要】
生物反应器培养参数的控制系统及方法
本专利技术涉及生物医疗
，具体地指一种生物反应器培养参数的控制系统及方法。
技术介绍
一次性生物反应器按照运动方式和平台的不同可分为波浪式、搅拌式和轨道式生物反应器，不同类型的一次性生物反应器的系统架构、结构形式、控制方式等也不尽相同。例如在搅拌式一次性生物反应器上的温度参数的控制方面，罐体外层包覆加热夹套，加热夹套内循环恒温水，循环过程中采用换热器给夹套水进行加热或制冷，通过直接控制夹套循环水温度，来间接控制罐体温度，组成了类似恒温水浴的原理，培养罐或袋内的温度电极感应温度数据信息，温度数据信息传送给控制单元，控制单元依据此信息再次调控加热夹套或水套内的加热状况。这种温度控制方式虽然可对温度进行调控，但由于是结合恒温水浴的方式，存在温度调控速度慢，调控效果差的缺陷。再例如在GE的波浪式一次性生物反应器上的细胞培养参数的控制方面，首先通过提供细胞培养袋的尺寸或者细胞培养袋的重量或关于细胞培养物状态的信息到控制单元，控制单元接收的信息后，再控制温度、pH、DO等细胞培养参数。这种控制方式虽然自动化高，但其细胞培养参数依赖于细胞培养袋的尺寸或重量或关于细胞培养物状态的信息，这些信息都属于已经限定的信息，不便于手动修改和操作，无法通过手动输入控制指令实现对培养参数的控制。再例如轨道式一次性生物反应器上的气体参数的控制方面，首先一次性塑料材质的培养容器围绕中心轴旋转，在液体中心形成漩涡，振荡液体在反应器壁形成薄膜，通过控制氧气的流量和流速，从而使顶部空间的氧气融合至薄膜，然后此薄膜迅速与液相主体相结合，进而通过表面通气和快速的混合提供较强的氧气输送能力。这种控制方式也会存在气体混合不均匀、控制不精准的问题。上述各生物反应器培养参数的控制方式，各有优劣，且普遍存在结构复杂及控制逻辑混乱的缺陷，易导致维修保养困难，也并不都适用于细胞培养袋式的生物反应器，细胞培养环境无法稳定精准控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有生物反应器控制系统结构复杂，控制逻辑混乱的问题，提供一种生物反应器培养参数的控制系统及方法。为实现上述目的，本专利技术所设计的生物反应器培养参数的控制系统，包括主控单元、子控制单元、托盘及细胞培养袋；所述主控单元用于接收用户设置的参数信息并根据参数信息控制各子控制单元执行相应操作；所述子控制单元包括温度控制单元、液体控制单元、气体控制单元及摇动控制单元；所述主控单元包括操作系统及与所述操作系统电连接的中央控制器；所述操作系统包括用于接收用户设置的参数信息并将参数信息传送至所述中央控制器的输入系统及与所述输入系统电连接的用于显示和设置参数信息的操作界面；所述参数信息包括温度参数信息、液体参数信息、气体参数信息及摇动参数信息；所述温度参数信息包括需加热及维持的温度信息；所述液体参数信息包括液体的流速及流量信息；所述气体参数信息包括气体的种类、浓度及流量信息；所述摇动参数信息包括摇动的角度、速度及位置信息；所述温度控制单元根据参数信息控制加热装置对内含有细胞混合液的细胞培养袋进行加热，并根据温度探头实时采集并反馈的温度数据调整加热装置的加热状态；所述液体控制单元根据参数信息控制蠕动泵泵入细胞培养袋内的培养基储存容器泵入量，并根据称重传感器实时采集并反馈的培养基储存容器重量数据调整蠕动泵的泵入量；所述气体控制单元根据参数信息控制进入细胞培养袋内混合气体中二氧化碳的浓度，并根据二氧化碳气体浓度传感器反馈数据实时调整该浓度；所述摇动控制单元根据参数信息控制摇动装置启动或停止；所述摇动装置用于驱动承载有细胞培养袋的托盘进行偏心转动。再进一步地，所述温度控制单元包括与所述中央控制器通讯连接的温度控制模块、与所述温度控制模块电连接的加热装置控制器和中心温度探头及与所述加热装置控制器电连接的加热装置；所述中心温度探头用于采集细胞培养袋温度，并将采集的中心温度数据实时传送至温度控制模块；所述中央控制器与所述温度控制模块之间进行实时信号传输；所述中央控制器将中心温度数据与温度参数信息进行比对判断得出中心温度比对结果信号并将中心温度比对结果信号反馈至所述温度控制模块；所述温度控制模块将中心温度比对结果信号传送至所述加热装置控制器；所述加热装置控制器根据中心温度比对结果信号控制加热装置的加热状态。通过加热装置控制器根据中心温度比对结果信号控制加热装置的加热状态，解决了现有生物反应器温度控制不稳定的问题，通过中心温度探头实时采集细胞培养袋温度，实时控制加热装置的加热状态(启动加热、停止加热、持续加热)，实现了对细胞培养袋内最终反馈温度的实时监测和控制。进一步地，所述温度控制单元还包括与所述温度控制模块电连接的用于采集所述加热装置温度的加热装置温度探头；所述加热装置温度探头将采集的加热温度数据实时传送至温度控制模块；所述中央控制器将加热温度数据与温度参数信息进行比对判断得出加热温度比对结果信号并将加热温度比对结果信号反馈至所述温度控制模块；所述温度控制模块将加热温度比对结果信号传送至所述加热装置控制器；所述加热装置控制器根据加热温度比对结果信号控制加热装置的加热状态。通过加热装置温度探头可实时采集加热装置的温度，实现对细胞培养袋内最初输入温度的实时监测和控制，避免加热装置过热损伤细胞培养袋内的细胞。优选地，所述温度控制单元还包括与所述温度控制模块电连接的环境温度探头；所述环境温度探头将采集的环境温度数据信息经温度控制模块传送至所述中央控制器，所述中央控制器将环境温度数据信息反馈给所述操作系统的操作界面。通过环境温度探头可有效避免外界环境温度过高或过低对细胞培养造成影响。再进一步地，所述液体控制单元包括分别与所述中央控制器电信号连接的第一蠕动泵和称重传感器，及置于称重传感器上的培养基储存容器；所述第一蠕动泵的液体入口与培养基储存容器连通，所述第一蠕动泵的液体出口与细胞培养袋连通；所述称重传感器实时监测培养基储存容器的重量，并将重量信息实时反馈至所述中央控制器；所述中央控制器根据对比培养基储存容器减少的重量信息和用户设置的参数信息实现对第一蠕动泵的控制。优选地，所述液体控制单元还包括用于将所述细胞培养袋内液体泵出的第二蠕动泵；所述第二蠕动泵与所述中央控制器电信号连接。再进一步地，所述气体控制单元包括与中央控制器通讯连接的气体控制模块、多个气体钢瓶、设于气体钢瓶输出端并与气体控制模块电连接的气体比例阀、与气体比例阀连通的气体混合装置及设于气体混合装置内部或输出端的二氧化碳气体浓度传感器；所述气体混合装置的输出端与细胞培养袋连通；所述二氧化碳气体浓度传感器将二氧化碳气体浓度信息实时反馈至所述气体控制模块；所述气体控制模块根据参数信息控制各气体比例阀的开闭大小，并根据二氧化碳气体浓度传感器反馈数据信息调整各气体比例阀的开闭大小。再进一步地，所述摇动控制单元包括与中央控制器通讯连接的摇动控制模块及与摇动控制模块电连接的摇动装置和用于监测摇动装置摇动角度/速度/位置的角度/速度/位置传感器。优选地，所述控制系统还包括气体过滤系统和用于包裹气体过滤系统的气体过滤器加热装置；气体过滤系统包括气体过滤器、设于所述气体过滤器一端的进气管、设于所述气体过滤器另一端的出气管及设于所述出气管上的气体截止阀；气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：包括主控单元(1)、子控制单元(2)、托盘(7)及细胞培养袋(8)；所述主控单元(1)用于接收用户设置的参数信息并根据参数信息控制各子控制单元(2)执行相应操作；所述子控制单元(2)包括温度控制单元(3)、液体控制单元(4)、气体控制单元(5)及摇动控制单元(6)；所述主控单元(1)包括操作系统(1.1)及与所述操作系统(1.1)电连接的中央控制器(1.2)；所述操作系统(1.1)包括用于接收用户设置的参数信息并将参数信息传送至所述中央控制器(1.2)的输入系统(1.1.1)及与所述输入系统(1.1.1)电连接的用于显示和设置参数信息的操作界面(1.1.2)；所述参数信息包括温度参数信息、液体参数信息、气体参数信息及摇动参数信息；所述温度参数信息包括需加热及维持的温度信息；所述液体参数信息包括液体的流速及流量信息；所述气体参数信息包括气体的种类、浓度及流量信息；所述摇动参数信息包括摇动的角度、速度及位置信息；所述温度控制单元(3)根据参数信息控制加热装置(3.4)对内含有细胞混合液的细胞培养袋(8)进行加热，并根据温度探头实时采集并反馈的温度数据调整加热装置(3.4)的加热状态；所述液体控制单元(4)根据参数信息控制蠕动泵泵入细胞培养袋(8)内的培养基泵入量，并根据称重传感器(4.2)实时采集并反馈的培养基储存容器(4.4)重量数据调整蠕动泵的泵入量；所述气体控制单元(5)根据参数信息控制进入细胞培养袋(8)内混合气体中二氧化碳的浓度，并根据二氧化碳气体浓度传感器(5.5)反馈数据实时调整该浓度；所述摇动控制单元(6)根据参数信息控制摇动装置(6.2)启动或停止；所述摇动装置(6.2)用于驱动承载有细胞培养袋(8)的托盘(7)进行偏心转动。...

【技术特征摘要】
1.一种生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：包括主控单元(1)、子控制单元(2)、托盘(7)及细胞培养袋(8)；所述主控单元(1)用于接收用户设置的参数信息并根据参数信息控制各子控制单元(2)执行相应操作；所述子控制单元(2)包括温度控制单元(3)、液体控制单元(4)、气体控制单元(5)及摇动控制单元(6)；所述主控单元(1)包括操作系统(1.1)及与所述操作系统(1.1)电连接的中央控制器(1.2)；所述操作系统(1.1)包括用于接收用户设置的参数信息并将参数信息传送至所述中央控制器(1.2)的输入系统(1.1.1)及与所述输入系统(1.1.1)电连接的用于显示和设置参数信息的操作界面(1.1.2)；所述参数信息包括温度参数信息、液体参数信息、气体参数信息及摇动参数信息；所述温度参数信息包括需加热及维持的温度信息；所述液体参数信息包括液体的流速及流量信息；所述气体参数信息包括气体的种类、浓度及流量信息；所述摇动参数信息包括摇动的角度、速度及位置信息；所述温度控制单元(3)根据参数信息控制加热装置(3.4)对内含有细胞混合液的细胞培养袋(8)进行加热，并根据温度探头实时采集并反馈的温度数据调整加热装置(3.4)的加热状态；所述液体控制单元(4)根据参数信息控制蠕动泵泵入细胞培养袋(8)内的培养基泵入量，并根据称重传感器(4.2)实时采集并反馈的培养基储存容器(4.4)重量数据调整蠕动泵的泵入量；所述气体控制单元(5)根据参数信息控制进入细胞培养袋(8)内混合气体中二氧化碳的浓度，并根据二氧化碳气体浓度传感器(5.5)反馈数据实时调整该浓度；所述摇动控制单元(6)根据参数信息控制摇动装置(6.2)启动或停止；所述摇动装置(6.2)用于驱动承载有细胞培养袋(8)的托盘(7)进行偏心转动。2.根据权利要求1所述的生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：所述温度控制单元(3)包括与所述中央控制器(1.2)通讯连接的温度控制模块(3.1)、与所述温度控制模块(3.1)电连接的加热装置控制器(3.2)和中心温度探头(3.3)及与所述加热装置控制器(3.2)电连接的加热装置(3.4)；所述中心温度探头(3.3)用于采集细胞培养袋(8)温度，并将采集的中心温度数据实时传送至温度控制模块(3.1)；所述中央控制器(1.2)与所述温度控制模块(3.1)之间进行实时信号传输；所述中央控制器(1.2)将中心温度数据与温度参数信息进行比对判断得出中心温度比对结果信号并将中心温度比对结果信号反馈至所述温度控制模块(3.1)；所述温度控制模块(3.1)将中心温度比对结果信号传送至所述加热装置控制器(3.2)；所述加热装置控制器(3.2)根据中心温度比对结果信号控制加热装置(3.4)的加热状态。3.根据权利要求2所述的生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：所述温度控制单元(3)还包括与所述温度控制模块(3.1)电连接的用于采集所述加热装置(3.4)温度的加热装置温度探头(3.5)；所述加热装置温度探头(3.5)将采集的加热温度数据实时传送至温度控制模块(3.1)；所述中央控制器(1.2)将加热温度数据与温度参数信息进行比对判断得出加热温度比对结果信号并将加热温度比对结果信号反馈至所述温度控制模块(3.1)；所述温度控制模块(3.1)将加热温度比对结果信号传送至所述加热装置控制器(3.2)；所述加热装置控制器(3.2)根据加热温度比对结果信号控制加热装置(3.4)的加热状态。4.根据权利要求2所述的生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：所述温度控制单元(3)还包括与所述温度控制模块(3.1)电连接的环境温度探头(3.6)；所述环境温度探头(3.6)将采集的环境温度数据信息经温度控制模块(3.1)传送至所述中央控制器(1.2)，所述中央控制器(1.2)将环境温度数据信息反馈给所述操作系统(1.1)的操作界面(1.1.2)。5.根据权利要求1所述的生物反应器培养参数的控制系统，其特征在于：所述液体控制单元(4)包括分别与所述中央控制器(1.2)电信号连接的第一蠕动泵(4.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪，李利建，
申请(专利权)人：苏州欧飞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32