一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统和方法

技术领域

本发明属于外泌体制剂技术领域，具体涉及一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统和方法。

背景技术

外泌体是一类直径30-150nm的微小囊泡，可以将脂类、碳水化合物、蛋白质、mRNA、miRNA等生物分子从一个细胞传递到另一个细胞，从而交换遗传信息、重编程宿主细胞，进行细胞间通讯。

干细胞来源的外泌体可通过囊泡，将干细胞的精华部分——mRNA、miRNA、IncRNA及蛋白质等生物活性物质，打包运出干细胞体外。通过“细胞间高速公路”来“快递”到人体各个组织内。

干细胞外泌体可以通过改变细胞外基质，改变受体细胞的转录组和蛋白质组，来调节细胞凋亡、生长、增殖和分化途径。

因此，干细胞外泌体具有减少细胞凋亡、减轻炎症反应、促进血管生成、抑制纤维化、提高组织修复潜力等重要生物学功能，在调控组织再生方面存在良好的临床应用前景。

外泌体技术作为递送平台的临床前和临床开发需要大量的外泌体。外泌体的分离方法需要易于扩展以支持大规模生产。

现有的外泌体制剂的生产过程中不能够有效的实现系统化的生产，即在进行生产的时候，不能够有效的实现对各个阶段的控制处理，不能够有效的实现对生产过程进行检测，容易造成生产过程的无法控制调节等问题，为此我们提出一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有驱动模块，所述驱动模块上分别电性连接有培养模块、收集模块、分离模块、繁殖模块、筛选模块、鉴定模块和分析模块，所述控制模块上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述处理模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上通讯连接有远程模块；

所述检测模块中包括有温湿度传感、气压传感器、浓度传感器、液位传感器、位移传感器、激光定位传感器、高清摄像机、微流式细胞分析仪、免疫印迹分析、酶联免疫吸附试验、电子显微镜和纳米粒子跟踪分析，所述检测模块用于实现对系统的运行过程进行检测，即对系统的运行环境进行检测，以及实现对干细胞外泌体制剂进行检测；

所述培养模块是用于实现对供体细胞进行培养，所述培养模块在使用的时候需要保持内部的环境的干净、气温合适以及无菌环境，所述繁殖模块用于实现对所述培养模块中培养的供体细胞进行大量繁殖处理，所述收集模块用于实现对所述繁殖模块中大量繁殖的供体细胞进行收集处理，然后通过所述分离模块实现对供体细胞进行破碎处理然后对外泌体进行收集处理，所述筛选模块用于实现对破损处理后的外泌体进行沉淀分层，进行筛选处理，所述鉴定模块用于实现对筛选后的外泌体进行鉴定处理，判定筛选的是外泌体，然后再通过所述分析模块进行实现对外泌体的纯度进行检测；

所述通讯模块用于实现系统的数据信息进行传输，搭配所述远程模块实现对系统进行数据信息进行接收，并且便于实现对数据信息进行有效的远程监控处理，以及能够实现对系统进行远程控制操作。

优选的，所述处理模块用于实现对数据信息进行计算处理，保持数据信息的精准度，防止数据信息在进行传输的时候受到干扰，造成数据信息异常，不能够有效的实现检测处理，提高对外泌体制剂的生产过程控制。

优选的，所述处理模块中包括有用于实现对数据信息进行接收的获取单元，包括有用于实现对数据信息进行模数转换的转换单元，包括有用于实现对数据信息进行放大处理的增益单元，包括有用于实现对数据信息进行滤除杂波的滤波单元，包括有用于实现对图像信息进行处理的图像处理单元。

优选的，所述滤波单元采用的是二阶IIR低通滤波或者是五阶FIR低通滤波；

所述二阶IIR低通滤波的计算公式如下：

y(n)为输出数据，x

所述五阶FIR低通滤波的计算公式如下：

x

优选的，所述图像处理单元中包括有图像分割，所述图像分割采用的是深度卷积神经网络算法，还包括有对图像滤波处理，所述滤波处理采用导向滤波去噪方法对图片进行处理，

所述深度卷积神经网络算法的计算公式如下；

则输入的图片矩阵以及后面的卷积核,特征图矩阵都是方阵,设输入矩阵大小为w，卷积核大小为k，步幅为s，补零层数为p，则卷积后产生的特征图大小计算公式为：

输入公式为：

V＝cosv2(W,X,"valid")+b，

输出公式为：

上面的输入输出公式是对每一个卷积层而言的，每一个卷积层都有一个不同的权重矩阵W，并且W，X，Y是矩阵形式，对于最后一层全连接层，设为第L层,输出是向量形式的y

优选的，所述导向滤波去噪方法在使用的时候建立导向滤波的模型；

输出和输入在一个二维窗口内满足线性关系，则公式为：

式中，qi是输出图像的值；I是输入图像的值，(a

为了最小化输出图像q和输入图像p的差值，下面公式的值最小：

式中，输入图像p只能是待滤波图像；∈为正则化参数，用于防止ak过大，根据公式

式中，μk和σk2为输入图像I在窗口位于k时的均值和方差；|w|为窗口位于k时的像素数量；

优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述供电模块用于实现对系统进行供电运行，所述调压模块用于调节所述供电模块的供电电压，保持电压的稳定性，使得系统能够实现稳定的运行。

优选的，所述调压模块中包括有用于降低电压的降压电路，包括有用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路，包括有用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路，包括有用于实现对供电电压稳定输送的稳压电路，包括有用于实现对系统进行防止峰值冲击的防浪涌电路。

优选的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块用于实现对系统的运行进行辅助操作控制，所述辅助模块中包括有用于实现对系统的数据信息进行显示的显示器，包括有用于实现对系统进行控制调节的控制按键，包括有用于实现对系统的运行状态进行指示的指示灯，所述指示灯包括有运行指示灯、故障指示灯、通讯指示灯和供电指示灯，所述辅助模块中还包括有用于实现对异常进行警示的报警器，所述报警器采用的是声光报警器，所述辅助模块中还包括有用于实现对数据信息进行存储的存储器，所述存储器中包括有用于实现对系统的运行程序体进行存储的ROM存储器，包括有用于实现对系统的运行日志进行存储的RAM存储器，以及包括有用于实现对数据信息进行缓存的缓存存储器。

一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的方法，包括有以下步骤：

S1、对供体细胞进行培养处理：将供体细胞放入到系统的培养模块中，并且整个系统处于无菌、温湿度合适、氧气浓度合适的环境中进行培养，并且通过控制模块对系统进行控制调节，并且通过温湿度传感、气压传感器、浓度传感器、液位传感器、位移传感器、激光定位传感器、高清摄像机实现对系统的环境和移动过程进行检测；

S2、对供体细胞进行收集处理：将培养模块中培养的供体细胞进行提取出来，即采用离心机进行离心分层处理，获取纯净的供体细胞；

S3、对纯净的供体细胞进行大量繁殖：将收集到的纯净的供体细胞在繁殖模块中进行大量的繁殖处理；

S4、对繁殖后的供体细胞进行分离处理：将大量繁殖后的供体细胞进行破碎处理，使得供体细胞中的外泌体能够和细胞质进行分离；

S5、将破碎处理后的供体细胞和外泌体进行筛选：在筛选模块中采用离心机对破碎后的供体细胞进行分层，使得外泌体能够处于上层，提取外泌体；

S6、对提取的外泌体进行鉴定：在鉴定模块中通过酶联免疫吸附试验、电子显微镜和纳米粒子跟踪分析实现对外泌体进行试验鉴定，确定提取的是外泌体；

S7、对鉴定后的外泌体进行分析：在分析模块中通过微流式细胞分析仪和免疫印迹分析实现对外泌体的纯度进行检测，便于测定外泌体制剂的生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过系统实现对外泌体制剂的生产整个过程进行有效的监控处理，即系统通过实现对干细胞的供体细胞进行有效的培养、收集、分离、繁殖、筛选、鉴定和分析，实现对整个的外泌体生产进行整体化处理，并且通过检测模块实现对整个的生产过程进行监控，可以有效的实现对整个的生产过程进行环境、设备和外泌体进行检测处理，便于实现对整个的系统进行监控处理，便于实现控制调节，并且能够实现对系统进行远程监控，提高数据的传输处理和远程控制调节。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的步骤流程示意图。

具体实施方式

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做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。

请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种利用人工智能优化干细胞外泌体制剂生产的系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有驱动模块，所述驱动模块上分别电性连接有培养模块、收集模块、分离模块、繁殖模块、筛选模块、鉴定模块和分析模块，所述控制模块上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述处理模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上通讯连接有远程模块；

所述检测模块中包括有温湿度传感、气压传感器、浓度传感器、液位传感器、位移传感器、激光定位传感器、高清摄像机、微流式细胞分析仪、免疫印迹分析、酶联免疫吸附试验、电子显微镜和纳米粒子跟踪分析，所述检测模块用于实现对系统的运行过程进行检测，即对系统的运行环境进行检测，以及实现对干细胞外泌体制剂进行检测；

所述培养模块是用于实现对供体细胞进行培养，所述培养模块在使用的时候需要保持内部的环境的干净、气温合适以及无菌环境，所述繁殖模块用于实现对所述培养模块中培养的供体细胞进行大量繁殖处理，所述收集模块用于实现对所述繁殖模块中大量繁殖的供体细胞进行收集处理，然后通过所述分离模块实现对供体细胞进行破碎处理然后对外泌体进行收集处理，所述筛选模块用于实现对破损处理后的外泌体进行沉淀分层，进行筛选处理，所述鉴定模块用于实现对筛选后的外泌体进行鉴定处理，判定筛选的是外泌体，然后再通过所述分析模块进行实现对外泌体的纯度进行检测；

所述通讯模块用于实现系统的数据信息进行传输，搭配所述远程模块实现对系统进行数据信息进行接收，并且便于实现对数据信息进行有效的远程监控处理，以及能够实现对系统进行远程控制操作。

为了实现对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，便于进行控制调节，本实施例中，优选的，所述处理模块用于实现对数据信息进行计算处理，保持数据信息的精准度，防止数据信息在进行传输的时候受到干扰，造成数据信息异常，不能够有效的实现检测处理，提高对外泌体制剂的生产过程控制。

为了实现对数据信息进行处理，实现对数据信息进行接收、转换、放大和滤波处理，并且对图像信息进行处理，本实施例中，优选的，所述处理模块中包括有用于实现对数据信息进行接收的获取单元，包括有用于实现对数据信息进行模数转换的转换单元，包括有用于实现对数据信息进行放大处理的增益单元，包括有用于实现对数据信息进行滤除杂波的滤波单元，包括有用于实现对图像信息进行处理的图像处理单元。

为了实现对数据信息进行滤波处理，提高数据信息的精准度，本实施例中，优选的，所述滤波单元采用的是二阶IIR低通滤波或者是五阶FIR低通滤波；

所述二阶IIR低通滤波的计算公式如下：

y(n)为输出数据，x

所述五阶FIR低通滤波的计算公式如下：

x

为了实现对图像进行处理，提高高清摄像机拍摄的清晰度，本实施例中，优选的，所述图像处理单元中包括有图像分割，所述图像分割采用的是深度卷积神经网络算法，还包括有对图像滤波处理，所述滤波处理采用导向滤波去噪方法对图片进行处理，

所述深度卷积神经网络算法的计算公式如下；

则输入的图片矩阵以及后面的卷积核,特征图矩阵都是方阵,设输入矩阵大小为w，卷积核大小为k，步幅为s，补零层数为p，则卷积后产生的特征图大小计算公式为：

输入公式为：

V＝cosv2(W,X,"valid")+b，

输出公式为：

上面的输入输出公式是对每一个卷积层而言的，每一个卷积层都有一个不同的权重矩阵W，并且W，X，Y是矩阵形式，对于最后一层全连接层，设为第L层,输出是向量形式的y

为了实现对图像进行滤波处理，提高图像的清晰程度，本实施例中，优选的，所述导向滤波去噪方法在使用的时候建立导向滤波的模型；

输出和输入在一个二维窗口内满足线性关系，则公式为：

式中，qi是输出图像的值；I是输入图像的值，(a

为了最小化输出图像q和输入图像p的差值，下面公式的值最小：

式中，输入图像p只能是待滤波图像；∈为正则化参数，用于防止ak过大，根据公式

式中，μk和σk2为输入图像I在窗口位于k时的均值和方差；|w|为窗口位于k时的像素数量；

为了实现对系统进行供电，保持供电电压的稳定性，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述供电模块用于实现对系统进行供电运行，所述调压模块用于调节所述供电模块的供电电压，保持电压的稳定性，使得系统能够实现稳定的运行。

为了实现对电压进行调节，保持电压能够适应于系统的使用，保持系统的稳定运行，本实施例中，优选的，所述调压模块中包括有用于降低电压的降压电路，包括有用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路，包括有用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路，包括有用于实现对供电电压稳定输送的稳压电路，包括有用于实现对系统进行防止峰值冲击的防浪涌电路。

为了实现对系统进行辅助操作控制，保持系统的稳定运行和运行的方便性，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块用于实现对系统的运行进行辅助操作控制，所述辅助模块中包括有用于实现对系统的数据信息进行显示的显示器，包括有用于实现对系统进行控制调节的控制按键，包括有用于实现对系统的运行状态进行指示的指示灯，所述指示灯包括有运行指示灯、故障指示灯、通讯指示灯和供电指示灯，所述辅助模块中还包括有用于实现对异常进行警示的报警器，所述报警器采用的是声光报警器，所述辅助模块中还包括有用于实现对数据信息进行存储的存储器，所述存储器中包括有用于实现对系统的运行程序体进行存储的ROM存储器，包括有用于实现对系统的运行日志进行存储的RAM存储器，以及包括有用于实现对数据信息进行缓存的缓存存储器。

本发明的工作原理及使用流程：

第一步、对供体细胞进行培养处理：将供体细胞放入到系统的培养模块中，并且整个系统处于无菌、温湿度合适、氧气浓度合适的环境中进行培养，并且通过控制模块对系统进行控制调节，并且通过温湿度传感、气压传感器、浓度传感器、液位传感器、位移传感器、激光定位传感器、高清摄像机实现对系统的环境和移动过程进行检测；

第二步、对供体细胞进行收集处理：将培养模块中培养的供体细胞进行提取出来，即采用离心机进行离心分层处理，获取纯净的供体细胞；

第三步、对纯净的供体细胞进行大量繁殖：将收集到的纯净的供体细胞在繁殖模块中进行大量的繁殖处理；

第四步、对繁殖后的供体细胞进行分离处理：将大量繁殖后的供体细胞进行破碎处理，使得供体细胞中的外泌体能够和细胞质进行分离；

第五步、将破碎处理后的供体细胞和外泌体进行筛选：在筛选模块中采用离心机对破碎后的供体细胞进行分层，使得外泌体能够处于上层，提取外泌体；

第六步、对提取的外泌体进行鉴定：在鉴定模块中通过酶联免疫吸附试验、电子显微镜和纳米粒子跟踪分析实现对外泌体进行试验鉴定，确定提取的是外泌体；

第七步、对鉴定后的外泌体进行分析：在分析模块中通过微流式细胞分析仪和免疫印迹分析实现对外泌体的纯度进行检测，便于测定外泌体制剂的生产；

第八步、通讯模块用于实现系统的数据信息进行传输，搭配远程模块实现对系统进行数据信息进行接收，并且便于实现对数据信息进行有效的远程监控处理，以及能够实现对系统进行远程控制操作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。