【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物醫學工程領域，具體涉及一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統及方法。
技術介紹
1、細胞培養是生物醫學研究中的一項基本且關鍵技術，廣泛應用于藥物篩選、疾病機理研究、組織工程和生物制品的生產等多個領域。傳統的細胞培養方法通常依賴于人工操作，包括細胞的接種、培養基的更換、氣體環境的控制以及細胞的收獲等步驟。這些操作不僅耗時耗力，而且容易受到人為因素影響，導致培養條件的不一致性和結果的重復性差。
2、隨著微流控技術的發展，細胞培養領域開始出現自動化和微型化的趨勢。微流控系統能夠在微小尺度上精確控制流體，為細胞提供了一個可控且穩定的培養環境。然而，現有的微流控細胞培養系統往往結構復雜、成本高昂，且在操作上缺乏足夠的靈活性和智能化程度，限制了它們在科研和臨床應用中的廣泛采用。
3、為了克服這些限制，近年來研究者開始探索將人工智能技術與微流控系統相結合，以實現細胞培養過程的自動化監控和智能化管理。人工智能算法，特別是機器學習和圖像識別技術，可以用來分析細胞的形態和生長狀態，自動調整培養條件，從而提高細胞培養的效率和質量。此外，數字微流控技術的應用使得對單個細胞或細胞群的精確操控成為可能，為單細胞分析和高通量篩選提供了新的途徑。
4、盡管這些技術的進步為細胞培養領域帶來了新的機遇，但仍面臨著如何將這些高度專業化的技術集成到一個用戶友好、成本效益高的系統中的挑戰。因此，開發一種新型的集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，不僅能夠提供精確的細胞培養環境控制，還能夠實現遠程監控和智能化管理
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統及方法，本專利技術系統能夠實現細胞培養過程的自動化、精確控制和智能化管理，以提高細胞培養的效率、準確性和重復性。系統的設計允許用戶根據不同的實驗需求快速調整和更換組件，同時通過人工智能算法對細胞培養條件進行實時監控和優化。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，包括：微流控芯片、人工智能控制單元、自動化操作模塊、數字微流控模塊、遠程監控平臺、3d細胞培養模塊、自循環散熱系統；其中，微流控芯片作為核心組件，與人工智能控制單元通過標準化接口緊密相連。人工智能控制單元內嵌機器學習算法，能夠實時分析來自微流控芯片的細胞培養數據，如細胞生長狀態和代謝物濃度，并自動調節培養條件，包括溫度、ph值和氧氣濃度，以確保細胞在最佳環境中生長。自動化操作模塊通過精密的管道系統與微流控芯片相連，負責執行液體輸送和環境控制操作。該模塊整合了精密泵、閥門、溫度控制器和氣體供應系統，根據人工智能控制單元的指令，精確地進行細胞培養過程中的液體更換、營養物質添加和廢物清除等任務。數字微流控技術與微流控芯片的微流體通道相結合，利用電潤濕或介電泳驅動機制，實現對細胞的非接觸式操控。這種技術的應用提高了細胞操作的精確性和重復性，允許對單個細胞或微球進行精確的捕獲、分離和分析。遠程監控平臺通過無線或有線網絡與人工智能控制單元連接，提供用戶界面和數據管理系統。研究人員可以利用該平臺實時監控細胞培養參數和歷史數據，實現遠程監控和操作，提高了實驗的便捷性和效率。3d細胞培養模塊與微流控芯片相結合，使用支架和生物材料在芯片內形成三維細胞結構。這種模塊能夠模擬更加復雜的細胞微環境，為細胞提供更加接近體內條件的生長環境，增強了細胞培養的生理相關性。自循環散熱系統通過微流控散熱片和溫度感應器與微流控芯片相連，維持芯片的恒定溫度。該系統通過熱電模塊或微流體散熱片調節芯片溫度，確保細胞培養過程的溫度穩定性，為細胞提供了一個穩定的生長環境。最后，環保材料和節能設計貫穿整個系統，從微流控芯片的制造到能源使用效率的優化，均體現了系統的可持續性。這些設計不僅減少了對環境的影響，還提高了系統的整體能效，確保了細胞培養過程的自動化、精確性和環境的穩定性。通過上述模塊的高效集成和智能化連接，本專利技術的系統為生物醫學研究和藥物開發提供了一個強大的工具。
3、所述微流控芯片通過采用模塊化設計，實現了不同細胞培養需求的快速適應。每個芯片單元都具備獨立的微流體通道和反應腔室，這些通道的尺寸根據細胞類型和培養需求定制，例如，通道寬度可能設計為50微米至500微米不等，以適應不同大小的細胞通過。系統設計了多種類型的模塊化芯片單元，包括用于基礎細胞培養的標準單元、用于特定細胞類型的專用單元，以及用于復雜細胞模型的高級單元，它們可以通過自動化操作模塊進行快速更換。自動化操作模塊通過精密的機械臂和自動化軟件控制，能夠識別并抓取正確的芯片單元，并將其安裝到微流控芯片插槽中，這一過程可以在幾分鐘內完成。數字微流控技術在系統中發揮著關鍵作用，它通過電潤濕或介電泳驅動機制，精確操控微流體通道中的細胞和液體，使得細胞培養過程更加精細和可控。遠程監控平臺則提供了一個用戶友好的界面，允許研究人員在全球任何地方通過互聯網訪問和控制細胞培養系統，實時查看細胞培養狀態，調整培養參數，甚至在需要時遠程更換芯片單元，極大地提高了系統的便利性和靈活性。通過這些模塊的高效集成和智能化連接，本專利技術的系統確保了細胞培養過程的自動化、精確性和環境的穩定性，為生物醫學研究和藥物開發提供了一個強大的工具。
4、所述人工智能控制單元通過集成的圖像識別軟件，對細胞形態和生長狀態進行高精度分析。該軟件利用先進的機器學習算法，能夠識別并量化細胞的多種形態特征，如細胞面積、周長、形狀因子以及細胞周期的不同階段。通過設置閾值，軟件可以自動區分健康細胞與受損細胞，以及活躍分裂的細胞和非活躍細胞。例如，軟件能夠識別細胞面積的平均值約為500平方微米，并根據細胞周長的分布情況，評估細胞的生長狀態。
5、圖像識別軟件接收來自微流控芯片內嵌的高分辨率顯微鏡攝像頭捕獲的圖像數據。攝像頭以每10分鐘一次的頻率自動拍攝細胞培養區域的圖像，確保了對細胞培養過程的連續監控。人工智能控制單元對這些圖像進行實時分析，并將分析結果傳輸至遠程監控平臺，供研究人員進行進一步的評估和決策。在細胞培養過程中，人工智能控制單元還會根據細胞形態的變化自動調整培養條件，如調整培養基的流量和成分，以優化細胞的生長環境。例如，當軟件識別到細胞密度超過預定閾值時，會自動指示自動化操作模塊增加培養基的更換頻率，以避免細胞過度擁擠。所述人工智能控制單元還能夠通過圖像識別軟件預測細胞培養過程中可能出現的問題，如污染或細胞應激反應，并及時采取措施進行干預。這種智能化的監控和管理，大大提高了細胞培養的效率和成功率，為生物醫學研究提供了強有力的技術支持。
6、所述自動化操作模塊配備了自動采樣器和分析儀，這些設備專門用于細胞培養過程中的樣本采集和即時分析。自動采樣器能夠根據預設的程序，精確地從微流控芯片的反應腔室中采集細胞樣本，采樣量誤差控制在±10%以內本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，包括：微流控芯片、人工智能控制單元、自動化操作模塊、數字微流控模塊、遠程監控平臺、3D細胞培養模塊、自循環散熱系統；其中，
2.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，還包括電源管理模塊，通過太陽能板采集太陽能為整個系統供電。
3.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述微流控芯片具有模塊化設計，包括可互換的芯片單元，以適應不同的細胞培養需求。
4.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述人工智能控制單元包括圖像識別軟件，用于分析細胞形態和生長狀態。
5.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述自動化操作模塊包括自動采樣器和分析儀，用于細胞培養過程中的樣本采集和即時分析。
6.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述數字微流控模塊還包括聲波發生器，用于輔助細胞或微球的操
7.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述3D細胞培養模塊包括多層結構，用于構建復雜的組織模型。
8.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述自循環散熱系統還包括熱電模塊，用于增強溫度調控能力。
9.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述系統還包括環保材料設計和節能設計過程。
10.一種基于權利要求1-9任一所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統的集成人工智能的自動化微流體細胞培養方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，包括：微流控芯片、人工智能控制單元、自動化操作模塊、數字微流控模塊、遠程監控平臺、3d細胞培養模塊、自循環散熱系統；其中，
2.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，還包括電源管理模塊，通過太陽能板采集太陽能為整個系統供電。
3.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述微流控芯片具有模塊化設計，包括可互換的芯片單元，以適應不同的細胞培養需求。
4.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述人工智能控制單元包括圖像識別軟件，用于分析細胞形態和生長狀態。
5.根據權利要求1所述的一種集成人工智能的自動化微流體細胞培養系統，其特征在于，所述自動化操作模塊包括自動采樣器和分析儀...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。