功能基因多肽制备过程控制及其分离条件的优化

论文摘要

课题的依托背景是国家“863”项目——功能基因亚功能片段的制备和质量控制技术平台,关于“功能基因肽分离纯化粒子群算法优化的研究”已成功申请到国家自然科学基金。功能基因亚功能片段是一种生物活性肽,本课题以多肽的制备监控系统为研究对象,根据多肽的制备工艺,利用PLC、工业控制计算机、智能仪表等设备搭建监控系统。实现仪表参数的设定和修改,数据库的存储与查询等功能。PSO（Particle Swarm Optimization）算法在解决优化问题上具有较高的优越性。课题对经典的PSO算法一些缺点进行改进,提出MWPSO（Multi-Weight PSO）算法,并采用MWPSO对标准测试函数进行测试分析。在此基础上将改进的PSO算法用于PID参数的优化。优化结果能保证PID控制的稳定性基础上也能提高PID控制的精度;且编码简单,易于实现,在工业现场具有较好的应用前景。此平台的最后工艺环节是目标多肽进入高效液相色谱仪,采用反相离子对色谱法进行分离纯化。传统的操作方法要找到最佳分离条件需要大量反复的实验操作。在对高效液相色谱分离条件进行研究后,将对分离效果有较大影响的流动相体积百分比浓度和pH值采用PSO算法进行了计算机辅助优化。图谱结果表明这种方法的可行性和有效性,且减少了实验操作,缩短开发周期,提高产物的回收率和质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 课题背景及立题依据
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 功能基因亚功能片段的研究技术平台的设计
• 1.1.2 功能基因亚功能片段制备工艺及其质量控制系统
• 1.1.3 论文中关键技术的研究现状
• 1.2 立题依据与意义
• 1.2.1 立题依据
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 多肽制备控制系统的设计
• 2.1 引言
• 2.2 纯净基因亚功能片段的制备过程的工艺研究
• 2.3 整个监控系统的硬件结构简图
• 2.3.1 软件系统的设计
• 2.3.2 发酵过程中的控制算法的确定
• 2.3.2.1 温度、PH 控制
• 2.3.2.2 压力、搅拌速度控制
• 2.3.2.3 基质浓度控制
• 2.4 PLC 通讯控制
• 2.4.1 主机与上位机之间通讯的实现
• 2.4.1.1 PLC 参数及其设置
• 2.4.1.2 PLC 通讯程序
• 2.4.1.3 上位机通讯程序
• 2.5 上位机的监控程序的设计
• 2.5.1 主控程序的设计
• 2.5.2 存储、报警模块设计
• 第三章 基于改进粒子群算法的研究
• 3.1.前言
• 3.2.标准的PSO 算法介绍
• 3.3 改进PSO 算法的原理
• 3.4 改进的PSO 算法对标准测试函数的效果分析
• 第四章 基于改进粒子群算法优化PID 参数的研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于PSO 的PID 参数寻优算法的设计
• 4.2.1 寻优参数的确定和位置和速度的初始化
• 4.2.2 目标函数的选取
• 4.2.3 MWPSO 寻优PID 参数的操作
• 4.3 基于MWPSO 算法的PID 整定实验及比较分析
• 4.3.1 遗传（genetic algorithm）算法的原理
• 4.3.2 应用遗传算法的具体步骤及流程图
• 3.4.3 PSO 与GA 的比较
• 第五章 粒子群算法优化高效液相色谱分离条件的研究
• 5.1 前言
• 5.2 高效液相色谱的基本原理和参数
• 5.2.1 高效液相色谱原理
• 5.2.2 高效液相色谱主要参数
• 5.3 高效液相色谱方法及优化函数的选取
• 5.3.1 离子对色谱法介绍
• 5.3.2 高效液相色谱条件的优化方法
• 5.3.3 色谱优化原理及优化函数的选取
• 5.4 色谱分离条件优化的原理和操作步骤
• 5.5 PSO 算法用于分离条件优化的操作步骤
• 5.6 结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文清单