[发明专利]监测和自动化控制生物反应器的方法和装置

权利要求书

1.一种预测生物反应器中细胞培养液的指标的方法，其包括以下步骤：

1)获取细胞培养液指标多个不同时间点的在线光谱数据和对细胞培养液取样测得的所述指标的离线目标值；

2)由所述在线光谱数据和所述离线目标值搭建文本卷积模型；

3)将所要预测的细胞培养液的指标的实时测得光谱数据输入所述文本卷积模型从而获得所述指标的预测值。

2.如权利要求1所述的方法，所述搭建文本卷积模型包括：

设置词向量映射层、进行特征降维；和

在空间维度上取均值后，使用全连接结构获得所述指标的预测值。

3.如权利要求2所述的方法，在设置词向量映射层、进行特征降维后，进一步进行近邻特征采样。

4.如权利要求1所述的方法，所述在线光谱数据是拉曼光谱信号数据。

5.如权利要求1所述的方法，所述指标包含以下的一种或多种：pH值、二氧化碳分压、钠离子浓度、钾离子浓度、葡萄糖浓度、乳酸浓度、铵根离子浓度、谷氨酰胺浓度、谷氨酸浓度、目标蛋白浓度、乳酸脱氢酶浓度、铽离子浓度、磷酸根离子浓度、渗透压、活细胞密度、细胞活率、活细胞平均直径和氨基酸浓度。

6.一种控制生物反应器的方法，所述方法包括

1)实时获取生物反应器中细胞培养液的指标的实时测得光谱数据；

2)采用如权利要求1所述的方法，由步骤1)所得的实时测得光谱数据获得所述指标的预测值；

3)由所述指标的预测值得到状态值；

4)根据所述状态值通过物联网对生物反应器中的细胞培养进行实时自动反控。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述由所述指标的预测值得到状态值包括以下的一项或多项：

1)二氧化碳状态值：由二氧化碳分压预测值确定二氧化碳状态值；

2)营养物质状态值：由活细胞密度预测值确定营养物质状态值；

3)渗透压状态值：由渗透压预测值确定渗透压状态值；

4)葡萄糖浓度状态值：由葡萄糖预测值确定葡萄糖浓度状态值；

5)温度状态值：由活细胞密度值预测值确定温度状态值；

6)通气搅拌状态值：由活细胞密度值预测值确定通气搅拌状态值。

8.如权利要求7所述的方法，其中，通过以下方式得出状态值：

1)将二氧化碳分压的预测值多值求平均，获得二氧化碳状态值；

2)根据活细胞密度预测值的均值来确定细胞消耗的营养物质的量，将其作为营养物质状态值

3)将渗透压预测值多值求平均，获得渗透压状态值；

4)将葡萄糖预测值多值求平均，获得葡萄糖状态值；

5)将活细胞密度预测值多值求平均，获得温度状态值；

6)将活细胞密度预测值多值求平均，获得通气搅拌状态值。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述自动反控包括以下一种或多种控制策略：

1)所述状态值为二氧化碳状态值，当二氧化碳状态值大于二氧化碳分压控制模块设定的死区控制上限，则通入空气，当二氧化碳状态值小于二氧化碳分压控制模块设定的死区控制下限，则通入二氧化碳；

2)所述状态值为营养物质状态值，将营养物质状态值反馈至补料装置，利用计量模式补加相应的营养物质；

3)所述状态值为渗透压状态值，当渗透压状态值小于渗透压设定值，进行营养物质的补料和/或葡萄糖的补料；

4)所述状态值为葡萄糖浓度状态值，当葡萄糖浓度状态值小于葡萄糖浓度设定值，通过比例积分控制公式控制葡萄糖的补料；

5)所述状态值为温度状态值，根据温度状态值，通过线性模块控制温度；

6)所述状态值为通气搅拌状态值，根据通气搅拌状态值，通过线性模块控制通气搅拌。

10.一种人工智能物联网装置，其特征在于，所述装置包括以下设备：用于监测生物反应器的光谱传感器、用于实施如权利要求6所述的方法的GPU边缘计算设备、和用于反控的生物反应器控制器；

其中，将光谱传感器获得的实时测得光谱数据输入GPU边缘计算设备，用GPU边缘计算设备得出的计算结果控制生物反应器控制器。