На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаМикробиология и биотехнологии → Автоматизация биотехнологических исследований

Автоматизированное рабочее место для конструирования питательных сред


Изучение физиологии микроорганизмов для решения фундаментальных и прикладных биотехнологических задач связано с подбором питательных сред и условий культивирования.


Процедура конструирования питательных сред, как правило, состоит из трех этапов:

  1. подбор качественного состава питательной среды для данной культуры микроорганизмов;
  2. количественная оценка влияния отобранных компонентов на выход биомассы или целевого продукта микробиологического синтеза;
  3. нахождение оптимального соотношения компонентов питательной среды (как правило, на основе использования методов математического планирования эксперимента).


На рис. 33 приведена схема автоматизированного рабочего места «Питательная среда».


Структура системы автоматизированного проектировании питательных сред

Рис. 33. Структура системы автоматизированного проектировании питательных сред


Автоматизированное рабочее место состоит из следующих модулей (рис. 34; см. цв. вклейку):

  1. блока измерения оптической плотности, представляющего собой штатив на 50 пробирок, в центре которого находится источник света, обеспечивающий стабилизированный световой поток на каждую пробирку. На пути светового потока за пробирками установлены 50 светоприемников, контролирующих изменения оптической плотности культуральной жидкости;
  2. аналогового коммутатора 101/1, который по команде от ЭВМ в режиме дистанционного управления выбирает и подключает определенный светоприемник к выходу измерительного устройства;
  3. измерительного устройства (вольтметр цифровой универсальный В7—18), обеспечивающего измерение параметров светоприемником и передачу результатов измерения на устройство связи;
  4. устройства связи, представляющего одиночную стандартную плату ЭВМ «Электроника—60», размещенную непосредственно в ЭВМ, которое осуществляет прием и передачу информации, необходимой для управления аналоговым коммутатором и цифровым вольтметром;
  5. ЭВМ «Электроника—60», обеспечивающей дистанционную работу коммутатора и измерительного устройства, считывание информации об оптической плотности культуральной жидкости, первичную обработку полученной информации для определения наилучшей формы исследуемого источника питания и передачу полученных результатов в ЭВМ верхнего уровня для дальнейшей обработки;
  6. ЭВМ «Электроника 100/25», предназначенной для приема информации от ЭВМ нижнего уровня и определения оптимального состава питательной среды для данного вида микроорганизмов.

Внешний вид АРМа «Конструирование питательных сред»

Рис. 34. Внешний вид АРМа «Конструирование питательных сред»


Использование двухуровневой системы обусловлено необходимостью хранения большого объема оперативкой информации и увеличения быстродействия системы.


Математическое обеспечение системы подразделяется на две основные части, относящиеся к ЭВМ верхнего и нижнего уровня. Рассмотрим алгоритмическое обеспечение на каждом уровне.


Алгоритмическое обеспечение ЭВМ нижнего уровня предназначено для работы ЭВМ «Электроника—60» с нестандартным периферийным оборудованием и, в зависимости от решаемой задачи, разбивается на отдельные модули:

  1. модуль установки параметров дистанционного управления аналоговым коммутатором и измерительного устройства; работает следующим образом: на каждом регистре устройства связи выставляется информация в виде 16-разрядного цифрового кода, разряды 0—07 определяют установку номера канала (что соответствует номеру светоприемника) аналогового коммутатора 101/1, а разряды 08—15 обеспечивают необходимый режим работы цифрового вольтметра (вид измерения — 8, 9, 10; пределы измерения — 11, 12, 13; время измерения — 14, 15);
  2. модуль измерений оптической плотности и считывания информации; предназначен для получения и ввода информации; из ЭВМ на аналоговый коммутатор и цифровой вольтметр поступают сформированные программным способом сигналы запуска (01 и 00 — разряды регистра состояния устройства связи). При наличии сигнала готовности (07 — разряд регистра состояния устройства связи) происходит считывание информации с регистрирующего устройства цифрового вольтметра в память ЭВМ нижнего уровня в двоично-десятичном коде, который преобразуется, с учетом режима работы цифрового вольтметра (наложение десятичной точки), в число с плавающей запятой и сохраняется в ЭВМ для дальнейшей обработки;
  3. модуль измерения текущего времени, служащий для обеспечения заданного временного интервала между повторениями опроса всех каналов и регистрации текущего времени;
  4. модуль первичной обработки введенной информации, предназначенный для вычисления оптической плотности по формуле

Затем вычисляется (после повторения цикла опроса всех каналов) абсолютное изменение оптической плотности в каждом канале и по максимуму прироста определяется среда, обеспечивающая наилучший рост исследуемого микроорганизма.


Алгоритмическое обеспечение ЭВМ верхнего уровня используется для формирования и выбора допустимых комбинаций компонентов питательной среды. В памяти ЭВМ хранится библиотека совместимых соединений в виде квадратной матрицы, элементы которой — признаки разрешенных и запрещенных комбинаций. Библиотека совместимости химических соединений построена на основе данных об их растворимости. Порядок следования химических соединений по номерам строк и столбцов одинаков, следовательно, матрица симметрична, и для уменьшения объема памяти, занимаемого библиотекой совместимости, в ЭВМ хранится только часть матрицы, расположенная под главной диагональю.


Работа алгоритма происходит следующим образом: на основании результатов работы ЭВМ нижнего уровня выбирается строка, соответствующая химическому соединению, содержащему исследуемый источник питания; все столбцы (и строки, одинаковые с ними по номерам), на пересечении с которыми встречаются признаки запрещения, удаляются из матрицы, в результате чего оставшийся список химических соединений будет представлять собой возможные комбинации состава питательных сред для исследуемого микроорганизма с одним конкретным (определенным в результате опыта) химическим соединением по исследованному источнику питания.


Применяя данную методику к другим источникам питания, исследователь получит в конечном счете наилучший качественный состав питательной среды для данного вида микроорганизмов в виде распечатки на видеотерминале или печатающем устройстве.