一种用于微生物观测的原位培养装置以及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于微生物观测的原位培养装置，属于微生物培养领域，气体混合装置使多个气源的气体混合，培养皿包括本体、支架以及培养膜，支架安装于本体，培养膜安装于支架并位于培养区域，本体设有进出液口，进出液口与外部注射泵连接，进出液口还与培养区域连通，通过第一加热膜、多个第二加热膜及多个温度传感器的设置，能够控制培养箱温度均匀；通过培养皿进出液口以及培养膜的设置，使培养装置能够在密闭条件下调整培养液，通过箱体部分为透明设计，使得培养装置能够实时持续的原位培养观测。本发明专利技术还涉及上述用于微生物观测的原位培养装置的控制方法。原位培养装置的控制方法。原位培养装置的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微生物观测的原位培养装置以及控制方法


[0001]本专利技术涉及微生物培养领域，尤其是涉及用于微生物观测的原位培养装置以及控制方法。

技术介绍

[0002]随着技术不断发展，微生物培养过程监测也越来越重要。比如由于抗生素的滥用或错误使用，耐药菌、多重耐药菌和超级细菌层出不穷，近年来，研究者发现病原菌的种群中有极低的比例个体能够进入持留状态，是造成耐药的重要机制之一。由于细菌的持留现象容易受外界环境的影响而变化，而持留状态又是细菌的短暂所处的表型状态，所以实时持续的原位培养观测对于持留菌的研究非常必要。此外，难培养菌的培养条件如培养基种类与浓度，生长因子的研究也是发现新型可培养菌的关键，同样需要微生物持续动态原位培养与观测。
[0003]现有的原位培养装置都是针对活细胞观测的，而且均存在温度均匀性不足的问题，无法在密闭条件下调整培养液，不能完全满足微生物持续原位培养实验需求。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种能够实时持续的原位培养观测并且温度均匀、能够在密闭条件下调整培养液的用于微生物观测的原位培养装置。
[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之二在于提供一种能够实时持续的原位培养观测并且温度均匀、能够在密闭条件下调整培养液的用于微生物观测的原位培养装置的控制方法。
[0006]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0007]一种用于微生物观测的原位培养装置，包括培养箱、多个气源以及气体混合装置，多个所述气源与所述气体混合装置连通，所述气体混合装置使多个所述气源的气体混合，所述培养箱包括箱体以及安装于所述箱体内部的培养皿，所述培养皿包括本体、支架以及培养膜，所述支架安装于所述本体，所述培养膜安装于所述支架并位于培养区域，所述本体设有进出液口，所述进出液口与外部注射泵连接，所述进出液口还与所述培养区域连通，所述箱体部分为透明材料制成，所述箱体包括第一加热膜、多个第二加热膜以及多个温度传感器，所述第一加热膜、多个所述第二加热膜环绕所述培养皿，所述温度传感器环绕所述培养皿。
[0008]进一步的，所述箱体还包括上盖，所述上盖包括第一透明板、连通接头以及所述第一加热膜，所述第一加热膜固定于所述第一透明板，所述连通接头安装于所述第一透明板，所述进出液口通过所述连通接头与外部注射泵连接。
[0009]进一步的，所述箱体还包括侧壁，所述侧壁包括主体以及固定于所述主体的所述第二加热膜，所述第二加热膜的数量为多个，多个所述第二加热膜分别设置于所述侧壁的
相对两侧。
[0010]进一步的，所述箱体包括底座，所述底座包括第二透明板以及固定于所述第二透明板的多个所述温度传感器，所述温度传感器的数量为五个，五个所述温度传感器分别位于所述第二透明板的四角以及中心。
[0011]进一步的，所述用于微生物观测的原位培养装置还包括湿度控制装置，所述湿度控制装置位于所述气体混合装置以及所述培养箱之间，所述湿度控制装置分别与所述气体混合装置以及所述培养箱连通。
[0012]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0013]一种上述任意一种所述的用于微生物观测的原位培养装置的控制方法，包括以下步骤:
[0014]温度控制：采用鹈鹕算法生成神经网络初始权值矩阵，然后将BP神经网络与PID算法结合，使得PID参数可实时调整，提高PID算法的自适应能力，以降低系统超调，采用结合权重矩阵的分布式温度控制技术保证微型培养系统内温度的高均匀性；
[0015]气体控制：采用气体混合装置内的传感器监测气体混匀程度，实现培养箱内气体精准控制；
[0016]湿度控制：采用湿度控制装置对气体加湿后输入培养箱，以确保培养箱内环境湿度大于90％；
[0017]培养液控制：培养皿内部通过进出液口以及连通接头与外部精密注射泵连接，精密注射泵实现微升级培养液吸取和灌注操作，培养皿培养区域内布置有一层培养液可透过的纳米级PTFE膜，培养物被接种在膜的表面，使得更换培养液的过程中培养物不会随培养液流出。
[0018]进一步的，在所述温度控制步骤中，鹈鹕算法具体为：包括逼近猎物和水面飞行两个更新阶段，其中，在逼近猎物阶段，更新公式为：
[0019][0020]式中：X
i,j
为更新前个体位置，为更新后的个体位置，i代表个体编号，j代表个体维度；rand为一随机数，I为一1或2随机整数；p
j
为随机产生的个体第j维值；F为目标函数值；
[0021]逼近猎物阶段更新后，根据贪心策略对更新后个体进行取舍；
[0022]水面飞行阶段公式如下，此阶段能够在进行更充分前期全局搜索和更精确的后期局部搜索：
[0023][0024]式中：R为一0或2随机整数；t为当前迭代次数，T为总迭代次数。
[0025]进一步的，在所述温度控制步骤中，采用模糊控制方法，将加热膜j对温控点i的影响效果以加热膜作用效果进行分级量化并结合实验经验赋予适当的权值p
ji
，结合权重矩阵的分布式温度控制技术在保证了边缘控制点温度稳定于目标温度的同时，使中间低温区域温度得到补偿，提高了系统温度均匀性。
[0026]进一步的，不同加热膜输出功率P，与根据各温控点反馈温度经算法计算所得的调节量u(T)以及加权系数ρ关系为
[0027]相比现有技术，本专利技术用于微生物观测的原位培养装置的培养皿的支架安装于本体，培养膜安装于支架并位于培养区域，本体设有进出液口，进出液口与外部注射泵连接，进出液口还与培养区域连通，箱体部分为透明材料制成，箱体包括第一加热膜、多个第二加热膜以及多个温度传感器，第一加热膜、多个第二加热膜环绕培养皿，温度传感器环绕培养皿，通过第一加热膜、多个第二加热膜及多个温度传感器的设置，能够控制培养箱温度均匀；通过培养皿进出液口以及培养膜的设置，使培养装置能够在密闭条件下调整培养液，通过箱体部分为透明设计，使得培养装置能够实时持续的原位培养观测。
附图说明
[0028]图1为本专利技术用于微生物观测的原位培养装置的结构示意图；
[0029]图2为图1的用于微生物观测的原位培养装置的气体混合装置的立体图；
[0030]图3为图1的用于微生物观测的原位培养装置的培养箱的立体图；
[0031]图4为图3的培养箱的内部结构示意图；
[0032]图5为图3的培养箱的上盖的立体图；
[0033]图6为图3的培养箱的底座的立体图；
[0034]图7为图3的培养箱的培养皿的立体图；
[0035]图8为图3的培养箱的温度传感器的分布图；
[0036]图9为单层神经网络结构示意图。
[0037]图中：10、气源；20、气体混合装置；21、壳体；22、风扇电气接口；23、进气口；24、传感器电气接口；25、出气口；30、湿度控制装置；40、培养箱；41、箱体；411、上盖；4110、上边框；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微生物观测的原位培养装置，包括培养箱，其特征在于：所述用于微生物观测的原位培养装置还包括多个气源以及气体混合装置，多个所述气源与所述气体混合装置连通，所述气体混合装置使多个所述气源的气体混合，所述培养箱包括箱体以及安装于所述箱体内部的培养皿，所述培养皿包括本体、支架以及培养膜，所述支架安装于所述本体，所述培养膜安装于所述支架并位于培养区域，所述本体设有进出液口，所述进出液口与外部注射泵连接，所述进出液口还与所述培养区域连通，所述箱体部分为透明材料制成，所述箱体包括第一加热膜、多个第二加热膜以及多个温度传感器，所述第一加热膜、多个所述第二加热膜环绕所述培养皿，所述温度传感器环绕所述培养皿。2.根据权利要求1所述的用于微生物观测的原位培养装置，其特征在于：所述箱体还包括上盖，所述上盖包括第一透明板、连通接头以及所述第一加热膜，所述第一加热膜固定于所述第一透明板，所述连通接头安装于所述第一透明板，所述进出液口通过所述连通接头与外部注射泵连接。3.根据权利要求1所述的用于微生物观测的原位培养装置，其特征在于：所述箱体还包括侧壁，所述侧壁包括主体以及固定于所述主体的所述第二加热膜，所述第二加热膜的数量为多个，多个所述第二加热膜分别设置于所述侧壁的相对两侧。4.根据权利要求1所述的用于微生物观测的原位培养装置，其特征在于：所述箱体包括底座，所述底座包括第二透明板以及固定于所述第二透明板的多个所述温度传感器，所述温度传感器的数量为五个，五个所述温度传感器分别位于所述第二透明板的四角以及中心。5.根据权利要求1所述的用于微生物观测的原位培养装置，其特征在于：所述用于微生物观测的原位培养装置还包括湿度控制装置，所述湿度控制装置位于所述气体混合装置以及所述培养箱之间，所述湿度控制装置分别与所述气体混合装置以及所述培养箱连通。6.一种权利要求1
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5任意一项所述的用于微生物观测的原位培养装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:温度控制：采用鹈鹕算法生成神经网络初始权值矩阵，然后将BP神经...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛明锋，董文飞，吴彤，宋一之，梅茜，常智敏，李力，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：