[实用新型]塔板型灌注式生物反应器流场测速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域中生物反应器内流场的测量，更具体地，涉及一种塔板型灌注式生物反应器流场测速装置。

背景技术

组织工程用生物反应器内培养液的流动，会对培养的细胞产生流体剪切力，流体剪切力过大，会对细胞造成损害，因此，需要研究流体剪切力的大小。

现有的在生物反应器内测量流体剪切力的方法主要为基于数字图像处理技术的图像测速方法，其中应用较普遍的是使用PIV（Particle Image Velocimetry）粒子图像测速系统进行测速的方法，该PIV系统的组成示意图如图1所示，由计算机101发出指令控制CCD相机102与同步控制器103，在CCD相机102拍照的时刻，同步控制器103发出脉冲信号，控制脉冲激光发生器104发射激光，经过透镜104形成片状激光105，照射到生物反应器内的流场区域106，片状激光105在流场区域106的培养液散射作用下，形成片状的激光区域。在流场区域106加注染色粒子，染色粒子会随着流场一起流动，CCD相机102从片状的激光区域的侧面以固定频率抓拍片状激光105及其区域内的染色粒子的图像，将图像传入计算机101内，在计算机101内，用数字图像处理算法，搜索片状激光105图像所在的区域，再在每幅图像中识别出该区域内的染色粒子，然后通过复杂的求自相关与互相关算法，确定在t时刻图像中的各染色粒子在其下一幅图像（                                               时刻）中的各自位置，计算出各染色粒子位置变化的距离M(i)，i为第i个染色粒子，从而可得到时刻片状激光105区域内流场流速分布为：，为CCD相机102抓拍图像的时间间隔，为在时间内，第i个染色粒子在位置上移动的距离。改变片状激光105在流场区域106内的位置，并调整CCD相机102的位置，可得到整个流场的流速分布。增加片状激光105与CCD相机102的个数，在同步控制器103的同步控制下，可获得同一时刻流场区域106中多个片状流场的流速分布，从而可得到全流场的流速分布。 

然而，这样一套PIV粒子图像测速系统比较昂贵，且因需加入染色粒子，对流场的流动特性产生了不可忽视的影响，染色粒子过小，则在成像后难以分辨出移动的轨迹，染色粒子过大，会破坏流场原有特性，得到的不是真实的流场速度分布特征。即现有的用于研究生物反应器中培养液流动时流速分布的方法与工具，主要存在以下不足：

（1）、现有的用于测量生物反应器中流场流速的基于数字图像处理技术的系统都比较昂贵，目前最昂贵的方法是应用MR（核磁共振）成像技术替代激光对染色粒子进行成像，这些成像测速方法因其设备过于昂贵而严重限制了其应用的推广；

（2）、现有的基于数字图像测量反应器内流场速度分布的方法，都要使用染色粒子，该染色粒子的加入，会严重影响流场原有的特性，包括流体的粘滞系数会被改变，染色粒子在流场中能否很好地跟随流体的流动，是否存在滞后性不能确定，染色粒子还会因自身的重力影响而存在在流场中下沉的运动分量，以染色粒子在流场中的流速作为原流场的流速，将存在较大的误差；

（3）、现有的基于粒子示踪的数字图像处理算法中，需通过非常复杂的算法以确定染色粒子的移动轨迹，即需要确定第N幅图像中的各染色粒子，在第N+1幅图像中对应的是哪些染色粒子，这需要通过对两幅图像进行复杂的求相关性计算，然后才能计算出各粒子的位置移动大小。

（4）、现有的数字图像测速方法在获取生物反应器内流场的流速时，并未考虑简化的方法，实际上，针对特定形式的生物反应器内的流场，并不需要获得全流场的速度分布，对于细胞培养，只需测量与流体剪切力相关的流速分布。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种塔板型灌注式生物反应器流场测速装置，实现能在较低成本的条件下，简便快捷地测出流场内流速的分布，使得生物反应器内流场流速的测量可以得到普及实现。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种塔板型灌注式生物反应器流场测速装置，包括培养罐和塔板组，所述塔板组放置在培养罐内，所述塔板组由若干个平行的塔板组成，培养罐下端设有培养液入口，上端设有培养液出口，所述塔板组中心设有塔板中心导流管，