细胞体外定量缺氧培养实验测控系统的研制

论文摘要

探究缺氧状况下人体细胞的发生、发展、结构与功能、病变机制、衰老死亡的特征已逐渐成为生物医学研究的一个活跃领域。而构建缺氧培养环境作为确立细胞缺氧损伤模型实验的基础工作是极其重要的。但由于生物体本身是复杂的自组织自适应系统,在体实验往往受到体液、呼吸、循环等复杂因素的影响,很难解释某单一因素的影响作用和强度。所以建立具有一定精确度的细胞体外定量缺氧培养实验装置,成为目前生物医学工程研究领域研究的热点。 本论文基于细胞体外缺氧培养的实验要求,开展了定量缺氧培养测控系统的研制工作,并根据实验结果作了相应的校正优化。论文研究的主要内容及特色如下: （1） 分析国内外相关文献资料,总结现有的构建缺氧培养环境的实验方法,以CO2培养箱为对象提出了以计算机技术为核心开发细胞体外定量缺氧培养测控系统的设计思路。 （2） 基于硬件控制,研制了细胞体外定量缺氧实验装置。并从抗干扰的角度,采用迟滞电压比较电路,改进了氧浓度控制电路。避免了系统在实验过程中电磁阀所出现的频繁开闭现象。 （3） 基于计算机控制,开发细胞体外定量缺氧实验测控系统。以实现细胞体外定量缺氧培养为基本目标,选择高精度氧变送器,配合多功能数据采集卡,完成整套系统的数据采集工作。再结合相应的数据处理算法,利用阈值比较实现对执行机构——电磁阀的通断控制。并且从测控操作的实际需要出发,构建测控软件的操作界面,不仅使系统的调控工作更加灵活,也实现了对监控环境中氧浓度的实时观测。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 构建细胞缺氧培养实验环境的发展概况
• 1.2.1 建立细胞缺氧培养实验环境的重要意义
• 1.2.2 构建缺氧环境的实验方法
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 基于硬件控制的细胞体外定量缺氧实验装置设计
• 2.1 实验装置的组成结构
• 2.2 氧浓度控制电路设计
• 2.2.1 电路设计原理
• 2.2.2 电路设计分析
• 2.3 局限性分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于计算机控制的细胞体外定量缺氧测控系统开发
• 3.1 实验测控装置组成结构及工作原理
• 3.2 氧浓度信号检测
• 3.2.1 氧变送器的选择
• 3.2.2 氧变送器的使用和标定
• 3.3 多功能数据采集卡
• 3.3.1 A/D转换部分
• 3.3.2 D/A转换部分
• 3.3.3 DIO部分
• 3.3.4 其它特性
• 3.4 测控软件开发
• 3.4.1 开发工具简介
• 3.4.2 多线程技术的应用
• 3.5 数据实时采集和处理
• 3.5.1 信号采集流程
• 3.5.2 信号预处理
• 3.5.3 控制算法与程序实现
• 3.6 本章小结
• 4 实验校正
• 4.1 气体运动基本理论
• 4.2 实验工作
• 4.2.1 2% 氧浓度水平
• 4.2.2 5% 氧浓度水平
• 4.2.3 10% 氧浓度水平
• 4.3 本章小结
• 5 基于连续控制理论的系统优化
• 5.1 理论基础
• 5.2 优化方案
• 5.2.1 选择采样周期
• 5.2.2 确定控制参数
• 5.2.3 选择调节阀
• 5.2.4 算法流程
• 5.3 本章小结
• 6 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 论文声明
• 致谢
• 附录