利用仿生技术的菌群培养系统的制作方法

[0001]
本发明涉及微生物培养的技术领域，特别涉及利用仿生技术的菌群培养系统。


背景技术：

[0002]
目前，有相当一部分的肠道疾病是由肠道菌群失调引起的，对于这种类型的肠道疾病，通常可采用肠道菌群液进行治疗。虽然，肠道菌群液可以从人体粪便中分离提取得到，但是这种方式提取得到的肠道菌群液不仅数量较少，并且其菌群纯度也难以得到保证，这严重地影响了肠道菌群液的生产效率和生产质量。现有技术已经出现了通过人工培养的方式来培养相应的肠道菌群，而由于肠道菌群对培养环境的要求较为苛刻，一旦培养环境不合适，会严重影响肠道菌群的生长状态。可见，现有技术需要能够为菌群的生长提供仿生环境的培养系统。


技术实现要素：

[0003]
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供利用仿生技术的菌群培养系统，其包括菌群种植模块、温度调整模块、湿度调整模块、ph值调整模块、气体环境调整模块和图像采集模块和图像处理模块；其中，该菌群种植模块用于提供菌群生长培养的管道空间；该图像采集模块用于拍摄该管道空间内部的菌群图像；该图像处理模块用于对该菌群图像进行处理，以此确定该菌群的生长状态信息；该温度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的温度；该湿度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的湿度；该ph值调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的ph值；该气体环境调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的空气状态；可见，该利用仿生技术的菌群培养系统通过对菌群进行实时拍摄以得到相应的菌群图像，并对该菌群图像进行处理以得到菌群的生长状态信息，再根据该生长状态信息胸温度、湿度、ph值和气体环境多个方面对菌群的培养环境进行实时调整，以保证该菌群的培养环境能够最大限度与人体肠道内的菌群生长环境向匹配，从而提高菌群的培养效率和培养质量。
[0004]
本发明提供利用仿生技术的菌群培养系统，其特征在于，其包括菌群种植模块、温度调整模块、湿度调整模块、ph值调整模块、气体环境调整模块、图像采集模块和图像处理模块；其中，
[0005]
所述菌群种植模块用于提供菌群生长培养的管道空间；
[0006]
所述图像采集模块用于拍摄所述管道空间内部的菌群图像；
[0007]
所述图像处理模块用于对所述菌群图像进行处理，以此确定所述菌群的生长状态信息；
[0008]
所述温度调整模块用于根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的温度；
[0009]
所述湿度调整模块用于根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的湿度；
[0010]
所述ph值调整模块用于根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的ph值；
[0011]
所述气体环境调整模块用于根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的空
气状态；
[0012]
进一步，所述菌群种植模块包括若干管道、管道驱动泵和管道供液泵；其中，
[0013]
若干所述管道相互连接，从而组成整体呈蜿蜒形状的管道空间，并且每一个管道为柔性中空管道；
[0014]
所述管道驱动泵分别与若干所述管道连接，所述管道驱动泵用于驱动所述管道进行蠕动动作；
[0015]
所述管道供液泵与若干所述管道连接，从而形成循环封闭的供液回路，所述管道供液泵用于向所述管道空间泵送并回收相应的菌群培养液；
[0016]
进一步，所述菌群种植模块还包括驱动泵控制器和供液泵控制器；其中，
[0017]
所述驱动泵控制器与所述管道驱动泵连接，所述驱动泵控制器用于根据所述生长状态信息，控制所述管道驱动泵对所述管道的驱动幅度和/或驱动频率；
[0018]
所述供液泵控制器与所述管道供液泵连接，所述供液泵控制器用于根据所述生长状态信息，控制所述管道供液泵对所述管道空间的菌群培养液泵送流量和/或泵送流速；
[0019]
进一步，所述图像处理模块拍摄所述管道空间内部的菌群图像具体包括：
[0020]
所述图像处理模块对所述管道空间内部的不同区域进行拍摄，从而获得在不同区域的菌群图像；
[0021]
进一步，所述图像处理模块对所述菌群图像进行处理，以此确定所述菌群的生长状态信息具体包括：
[0022]
所述图像处理模块对所述菌群图像进行图像边界分析处理，以此提取得到关于所述菌群图像的边界分布信息，并根据所述边界分布信息，确定相应区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，以此作为所述菌群的生长状态信息，其中，根据所述边界分布信息，确定相应区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸具体包括：
[0023]
步骤s1，根据下面公式(1)，对菌落的边界坐标信息进行处理，以此得到所述菌落对应的菌落面积：
[0024][0025]
在上述公式(1)中，s
a
表示所述菌群图像中第a个菌落的菌落面积，n表示所述第a个菌落的边界坐标点的总数量，(x
a,i
,y
a,i
)表示所述第a个商品的第i个边界点的坐标，(x
a,j
,y
a,j
)表示所述第a个商品的第j个边界点的坐标，表示当j取值为1-n情况下取[]内的最大值，π表示圆周率；
[0026]
步骤s2，根据下面公式(2)，确定所述菌群图像对应的菌落分布密度ρ：
[0027][0028]
在上述公式(2)中，d表示所述菌群图像的长度，c表示所述菌群图像的宽度，m表示所述菌落图像中菌落的总数量；
[0029]
步骤s3，根据下面公式(3)，确定所述菌群图像的菌落尺寸l：
[0030][0031]
在上述公式(3)中，n表示所述第a个菌落的边界坐标点的总数量，m表示所述菌落图像中菌落的总数量，π表示圆周率，s
a
表示所述菌群图像中第a个菌落的菌落面积；
[0032]
进一步，所述温度调整模块根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的温度具体包括：
[0033]
所述温度调整模块根据所述管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜温度范围，并确定对应区域的实时温度值，再根据所述实时温度值与所述菌落培养适宜温度范围之间的差异，调整对应区域的温度；
[0034]
进一步，所述湿度调整模块根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的湿度具体包括：
[0035]
所述湿度调整模块根据所述管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜湿度范围，并确定对应区域的实时湿度值，再根据所述实时湿度值与所述菌落培养适宜湿度范围之间的差异，调整对应区域的湿度；
[0036]
进一步，所述ph值调整模块根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的ph值具体包括：
[0037]
所述ph值调整模块根据所述管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜ph值范围，并确定对应区域的实时ph值，再根据所述实时ph值与所述菌落培养适宜ph值范围之间的差异，调整对应区域的ph值；
[0038]
进一步，所述气体环境调整模块根据所述生长状态信息，调整所述管道空间内部的空气状态具体包括：
[0039]
所述气体环境调整模块根据所述管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜二氧化碳浓度范围和/或菌落培养适宜空气流速范围，并确定对应区域的实时二氧化碳浓度和/或实时空气流速，再根据所述实时二氧化碳浓度与所述菌落培养适宜二氧化碳浓度范围之间的差异和/或所述实时空气流速与所述菌落培养适宜空气流速范围之间的差异，调整对应区域的二氧化碳浓度和/或空气流速；
[0040]
进一步，所述菌群培养系统还包括菌群分离模块；其中，
[0041]
所述菌群分离模块用于对从所述管道空间抽取得到的菌群富集液进行分离处理，从而得到相应的菌群基质。
[0042]
相比于现有技术，该利用仿生技术的菌群培养系统包括菌群种植模块、温度调整模块、湿度调整模块、ph值调整模块、气体环境调整模块和图像采集模块和图像处理模块；其中，该菌群种植模块用于提供菌群生长培养的管道空间；该图像采集模块用于拍摄该管道空间内部的菌群图像；该图像处理模块用于对该菌群图像进行处理，以此确定该菌群的生长状态信息；该温度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的温度；该湿度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的湿度；该ph值调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的ph值；该气体环境调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的空气状态；可见，该利用仿生技术的菌群培养系统通过对菌群进行实时拍摄以得到相应的菌群图像，并对该菌群图像进行处理以得到菌群的生长状态信息，再根据该生长状态信息胸温度、湿度、ph值和气体环境多个方面对菌群的培养环
境进行实时调整，以保证该菌群的培养环境能够最大限度与人体肠道内的菌群生长环境向匹配，从而提高菌群的培养效率和培养质量。
[0043]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0044]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]
图1为本发明提供的利用仿生技术的菌群培养系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
参阅图1，为本发明实施例提供的利用仿生技术的菌群培养系统的结构示意图。该利用仿生技术的菌群培养系统包括菌群种植模块、温度调整模块、湿度调整模块、ph值调整模块、气体环境调整模块、图像采集模块和图像处理模块；其中，
[0049]
该菌群种植模块用于提供菌群生长培养的管道空间；
[0050]
该图像采集模块用于拍摄该管道空间内部的菌群图像；
[0051]
该图像处理模块用于对该菌群图像进行处理，以此确定该菌群的生长状态信息；
[0052]
该温度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的温度；
[0053]
该湿度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的湿度；
[0054]
该ph值调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的ph值；
[0055]
该气体环境调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的空气状态。
[0056]
上述技术方案的有益效果为：该利用仿生技术的菌群培养系统通过对菌群进行实时拍摄以得到相应的菌群图像，并对该菌群图像进行处理以得到菌群的生长状态信息，再根据该生长状态信息胸温度、湿度、ph值和气体环境多个方面对菌群的培养环境进行实时调整，以保证该菌群的培养环境能够最大限度与人体肠道内的菌群生长环境向匹配，从而提高菌群的培养效率和培养质量。
[0057]
优选地，该菌群种植模块包括若干管道、管道驱动泵和管道供液泵；其中，
[0058]
若干该管道相互连接，从而组成整体呈蜿蜒形状的管道空间，并且每一个管道为柔性中空管道；
[0059]
该管道驱动泵分别与若干该管道连接，该管道驱动泵用于驱动该管道进行蠕动动
作；
[0060]
该管道供液泵与若干该管道连接，从而形成循环封闭的供液回路，该管道供液泵用于向该管道空间泵送并回收相应的菌群培养液。
[0061]
上述技术方案的有益效果为：通过将若干柔性管道连接组成蜿蜒状的管道空间，能够使得该管道空间整体上与人体肠道空间具有相似的结构，从而为菌群的培养生长提供仿人体肠道环境，而通过管道驱动泵驱动该管道进行蠕动以及通过管道供液泵为管道空间泵送菌群培养液能够最大限度地为菌群的生长提供合适的环境，从而改善菌群的生长效率。
[0062]
优选地，该菌群种植模块还包括驱动泵控制器和供液泵控制器；其中，
[0063]
该驱动泵控制器与该管道驱动泵连接，该驱动泵控制器用于根据该生长状态信息，控制该管道驱动泵对该管道的驱动幅度和/或驱动频率；
[0064]
该供液泵控制器与该管道供液泵连接，该供液泵控制器用于根据该生长状态信息，控制该管道供液泵对该管道空间的菌群培养液泵送流量和/或泵送流速。
[0065]
上述技术方案的有益效果为：通过控制该管道驱动泵对管道的驱动幅度和/或驱动频率以及通过控制该管道供液泵对该管道空间的菌群培养液泵送流量和/或泵送流速，能够使得菌群在生长繁殖过程中获得相匹配的外部蠕动环境和养分供给环境，从而最大限度地改善菌群的生长繁殖效率。
[0066]
优选地，该图像处理模块拍摄该管道空间内部的菌群图像具体包括：
[0067]
该图像处理模块对该管道空间内部的不同区域进行拍摄，从而获得在不同区域的菌群图像。
[0068]
上述技术方案的有益效果为：通过对该管道空间内部的不同区域进行拍摄，能够便于准确地和实时地掌握菌群的生长状态，从而为后续调整菌群生长环境参数提供可靠的依据。
[0069]
优选地，该图像处理模块对该菌群图像进行处理，以此确定该菌群的生长状态信息具体包括：
[0070]
该图像处理模块对该菌群图像进行图像边界分析处理，以此提取得到关于该菌群图像的边界分布信息，并根据该边界分布信息，确定相应区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，以此作为该菌群的生长状态信息，其中，根据该边界分布信息，确定相应区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸具体包括：
[0071]
步骤s1，根据下面公式(1)，对菌落的边界坐标信息进行处理，以此得到该菌落对应的菌落面积：
[0072][0073]
在上述公式(1)中，s
a
表示该菌群图像中第a个菌落的菌落面积，n表示该第a个菌落的边界坐标点的总数量，(x
a,i
,y
a,i
)表示该第a个商品的第i个边界点的坐标，(x
a,j
,y
a,j
)表示该第a个商品的第j个边界点的坐标，表示当j取值为1-n情况下取[]内的最大值，π表示圆周率；
[0074]
步骤s2，根据下面公式(2)，确定该菌群图像对应的菌落分布密度ρ：
[0075][0076]
在上述公式(2)中，d表示该菌群图像的长度，c表示该菌群图像的宽度，m表示该菌落图像中菌落的总数量；
[0077]
步骤s3，根据下面公式(3)，确定该菌群图像的菌落尺寸l：
[0078][0079]
在上述公式(3)中，n表示该第a个菌落的边界坐标点的总数量，m表示该菌落图像中菌落的总数量，π表示圆周率，s
a
表示该菌群图像中第a个菌落的菌落面积。
[0080]
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)根据相应区域的菌落的边缘坐标点得到相应图像区域的菌落面积，目的是将相应图像区域的菌落的各个形状统一整合成圆形并求取其面积，达到优化计算的目的；再利用上述公式(2)根据相应图像区域的菌落面积得到相应区域菌落分布密度，从而可以真实的反映出相应区域的菌落的密度状态，最后上述公式(3)得到得到相应区域的菌落尺寸，从而实现根据边界分布信息，确定相应区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸的目的，从而保证真实地反应出相应图像区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸的状态，并且优化了计算，节省了分析时间，提高了系统的效率。
[0081]
优选地，该温度调整模块根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的温度具体包括：
[0082]
该温度调整模块根据该管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜温度范围，并确定对应区域的实时温度值，再根据该实时温度值与该菌落培养适宜温度范围之间的差异，调整对应区域的温度。
[0083]
上述技术方案的有益效果为：由于菌落在不同生长阶段，其对环境温度的要求并不相同，通过根据不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸以及预设已知的菌落生长温度需求模型，能够快速地和准确地确定对应区域的菌落培养适宜温度范围，从而便于后续及时地调整对应区域的温度。
[0084]
优选地，该湿度调整模块根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的湿度具体包括：
[0085]
该湿度调整模块根据该管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜湿度范围，并确定对应区域的实时湿度值，再根据该实时湿度值与该菌落培养适宜湿度范围之间的差异，调整对应区域的湿度。
[0086]
上述技术方案的有益效果为：由于菌落在不同生长阶段，其对环境湿度的要求并不相同，通过根据不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸以及预设已知的菌落生长湿度需求模型，能够快速地和准确地确定对应区域的菌落培养适宜湿度范围，从而便于后续及时地调整对应区域的湿度。
[0087]
优选地，该ph值调整模块根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的ph值具体包括：
[0088]
该ph值调整模块根据该管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜ph值范围，并确定对应区域的实时ph值，再根据该实时ph值
与该菌落培养适宜ph值范围之间的差异，调整对应区域的ph值。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：由于菌落在不同生长阶段，其对环境ph值的要求并不相同，通过根据不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸以及预设已知的菌落生长ph值需求模型，能够快速地和准确地确定对应区域的菌落培养适宜ph值范围，从而便于后续及时地调整对应区域的ph值。
[0090]
优选地，该气体环境调整模块根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的空气状态具体包括：
[0091]
该气体环境调整模块根据该管道空间内部不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸，确定对应区域的菌落培养适宜二氧化碳浓度范围和/或菌落培养适宜空气流速范围，并确定对应区域的实时二氧化碳浓度和/或实时空气流速，再根据该实时二氧化碳浓度与该菌落培养适宜二氧化碳浓度范围之间的差异和/或该实时空气流速与该菌落培养适宜空气流速范围之间的差异，调整对应区域的二氧化碳浓度和/或空气流速。
[0092]
上述技术方案的有益效果为：由于菌落在不同生长阶段，其对环境二氧化碳浓度和/或空气流速的要求并不相同，通过根据不同区域的菌落分布密度和/或菌落尺寸以及预设已知的菌落生长二氧化碳浓度和/或空气流速需求模型，能够快速地和准确地确定对应区域的菌落培养适宜二氧化碳浓度和/或空气流速范围，从而便于后续及时地调整对应区域的二氧化碳浓度和/或空气流速。
[0093]
优选地，该菌群培养系统还包括菌群分离模块；其中，
[0094]
该菌群分离模块用于对从该管道空间抽取得到的菌群富集液进行分离处理，从而得到相应的菌群基质。
[0095]
上述技术方案的有益效果为：通过设置菌群分离模块能够将完成仿生培养的菌群及时地进行分离提取，从而避免菌群的生长受到抑制以及为后续菌群的培养提供足够的空间，以此实现菌群的可持续化仿生培养。
[0096]
从上述实施例的内容可知，该利用仿生技术的菌群培养系统包括菌群种植模块、温度调整模块、湿度调整模块、ph值调整模块、气体环境调整模块和图像采集模块和图像处理模块；其中，该菌群种植模块用于提供菌群生长培养的管道空间；该图像采集模块用于拍摄该管道空间内部的菌群图像；该图像处理模块用于对该菌群图像进行处理，以此确定该菌群的生长状态信息；该温度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的温度；该湿度调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的湿度；该ph值调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的ph值；该气体环境调整模块用于根据该生长状态信息，调整该管道空间内部的空气状态；可见，该利用仿生技术的菌群培养系统通过对菌群进行实时拍摄以得到相应的菌群图像，并对该菌群图像进行处理以得到菌群的生长状态信息，再根据该生长状态信息胸温度、湿度、ph值和气体环境多个方面对菌群的培养环境进行实时调整，以保证该菌群的培养环境能够最大限度与人体肠道内的菌群生长环境向匹配，从而提高菌群的培养效率和培养质量。
[0097]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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