电磁生物工程研究组
 
 
    博士毕业论文

多功能生物人工肝支持系统的模块化设计与实现
作者:刘剑峰  日期:2013-11-12     【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

   生物人工肝支持系统一般是指以人工培养的肝细胞为基础构建的体外生物反应系统。本文提出了一种基于模块化结构的多功能生物人工肝支持系统设计思路,将人工肝技术中非生物组分和生物反应单元有机结合并匹配优化,构建出模块化多功能生物人工肝支持系统的实验样机。全文工作主要包括如下几部分内容:1、提出一种关于生物反应器中溶解氧浓度分布的数学建模方法,应用该方法对分体双循环反应器及圆柱状反应器这两种不同结构的典型生物反应器分别建立了基于一维轴向扩散的溶氧动态分布数学模型,在数值分析与仿真实验的基础上得到了反应器实际应用时的优化参数。该模型的建立不仅可以对氧的传质过程进行定量分析,而且可以得到反应器内包括溶氧分布、耗氧速率在内的诸多重要参数,从而指导反应器的结构设计。2、对比研究了白蛋白、尿素/尿素氮的几种检测方法,在原有检测系统的基础上从结构和功能上进行改进,研制成肝细胞状态现场测试模块,扩展了白蛋白与尿素/尿素氮的测试范围,增加了反应器内总耗氧量与实时耗氧速率的检测,并设计了可供上位机操作的软硬件接口。实验表明:该模块可以较好的完成在治疗现场快速测定肝细胞状态的功能。3、针对两种典型反应器的特点分别设计了相对应的控制系统。在分体双循环反应器中,引入先进过程控制的概念,将预测控制与PID技术结合,设计出一种气体关联互补的智能控制方案,实验表明:该方案在对温度、溶解氧浓度及pH值的控制上均取得了较好的效果;在对圆柱状生物反应器中溶解氧浓度的控制上,提出一种仿人决策控制方案,并运用模糊推理的方法设计了参数在线自整定的优化控制系统,对比实验表明:该方法较常规PID控制具有更好的控制效果。4、研制了模块化多功能生物人工肝支持系统的实验样机,并通过离体血浆循环测试实验验证了该样机包括软、硬件在内各个模块的相关功能,结果表明:该系统能够提供多种非生物人工肝、生物人工肝单一或组合的治疗模式,系统稳定可靠。

 
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