动物细胞悬浮培养过程神经网络逆解耦控制

动物细胞的悬浮培养以细胞增殖快、生产效率高等优势,成为动物细胞大规模培养的首选方式;而动物细胞悬浮培养过程是一个非线性、强耦合的多输入多输出系统,对一些生物参数(如细胞密度、基质浓度和产物浓度)的控制是提高整个生产水平的关键,应用神经网络逆系统方法对动物细胞悬浮培养过程进行线性化解耦控制,根据培养过程的特点,给出了相应的数学模型,并证明了系统的可逆性,利用神经网络的非线性逼近能力辨识出原系统的逆系统,然后串联在原系统前面构成伪线性复合系统,使动物细胞悬浮培养过程线性化解耦成3个子系统:一阶线性细胞密度子系统、一阶线性基质浓度子系统和一阶线性产物浓度子系统,最后设计模糊PID控制器对各解耦后的线性子系统进行控制,避免了传统PID控制器最优参数选取困难的问题;仿真结果表明,神经网络逆系统方法实现了对动物细胞悬浮培养过程的线性化解耦,系统对期望输出实现了高性能跟踪控制。

基于QT/Embedded的动物细胞悬浮培养过程远程监控系统

针对动物细胞悬浮培养过程这一复杂的非线性时变系统,具有影响因素较多、参数之间关联性严重、要求系统的实时性强等特点,为有效实时监测并控制动物细胞悬浮培养过程,设计了基于ARM-Linux和QT/Embedded的嵌入式远程监控系统。该系统实现了对动物细胞悬浮培养过程的温度、p H值、溶解氧和搅拌电机转速等环境参数的实时监控;当参数值出现异常时发出语音报警,并短信通知安全管理人员,远程监控中心可利用QT/Embedded监控界面实现对培养过程的控制。试验结果表明,监控系统能满足系统的实时性要求,可靠性高。

动物细胞悬浮培养流场动力与测控技术分析

为满足不断增长的生物医药制品需求,动物细胞培养技术备受关注,其中生物反应器是细胞培养的基石,为了获得高质高量的细胞产物,有必要对其流场力学和测控技术进行分析。对此,基于对动物细胞悬浮培养技术的理解,重点探讨了动物细胞悬浮培养流场动力分析方法与测控技术要点,以供参考。

锥底生物反应器的动物细胞培养

宫颈癌细胞(HELA)、人胚肾细胞(HEK293)和中华仓鼠卵巢细胞(CHO)3种细胞系在用于哺乳动物细胞悬浮培养的锥底生物反应器(FCB)、平底生物反应器(FB)和常规机械搅拌式生物反应器(STR)中进行培养和冷模实验。结果表明:FCB中HELA细胞的最高密度比FB高27%,HEK293和CHO细胞的最高密度分别比STR高38%和43%。FCB的混合时间平均比FB短27%,比STR长35%;kLa比FB和STR分别高83%和97%。