［編輯簡介］：本案例使用NI的LabVIEW軟件和CompactRIO 硬件，基于一個統(tǒng)一的平臺創(chuàng)建自動生物流體灌注系統(tǒng)。它能自動收集分泌物，進(jìn)行細(xì)胞分泌分析，該設(shè)計克服了原有自動化裝置需使用不同的平臺與可編程語言來完成的弊端。
行業(yè):
生命科學(xué), 醫(yī)學(xué)/ 醫(yī)療器械
產(chǎn)品:
LabVIEW, CompactRIO, 報告生成工具包, 實時模塊, Touch Panel Module, FPGA模塊, NI SoftMotion開發(fā)模塊, PID控制工具包
挑戰(zhàn):
增進(jìn)細(xì)胞分泌分析的處理能力和可重復(fù)性，這種分析常被用于第一型糖尿病研究中的胰島細(xì)胞的分析。
解決方案:
使用NI的LabVIEW軟件和CompactRIO 硬件，創(chuàng)建一個自動生物流體灌注(Perifusion) 系統(tǒng)。它能實現(xiàn)全面的環(huán)境控制,刺激不同細(xì)胞類型,并在符合可編程協(xié)議的情況下能夠自動收集分泌物。
"只用了3個月，我們VI設(shè)計組的我們VI設(shè)計組的克里斯·佛朗達(dá)（Chris Fronda）就能使用 LabVIEW和CompactRIO 來控制一個復(fù)雜的自動化醫(yī)療儀器。"
Biorep技術(shù)股份有限公司（Biorep Technologies Inc.）需要設(shè)計一種設(shè)備用來隔離胰臟中特定細(xì)胞（胰島細(xì)胞）。隔離過程非常復(fù)雜，需要超過20 種不同的裝置，其中5種需高度自動化。在目前，這些自動化裝置是使用不同的平臺與可編程語言來完成的，比如，一種語言用于控制器、另一種用于觸摸屏、第三種語言用于電機(jī)驅(qū)動、第四種語言用于步進(jìn)器驅(qū)動。隨著公司的發(fā)展，這樣的設(shè)計方式造成了很多問題。由于采用了多種語言環(huán)境，所以需要不同的學(xué)習(xí)曲線,冗長的程序說明文件，而且不同平臺間需要不同的通訊協(xié)議，非常沒有效率。
考慮到NI的產(chǎn)品在近年來有著非常巨大的發(fā)展，能夠滿足我們的功能需求，我們決定采用功能強(qiáng)大的LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件來實現(xiàn)所有的自動化裝置。這樣，絕大部分的自動化裝置都能夠在一個軟件平臺上完成，所以工程師只需要學(xué)習(xí)一種語言，并且也能簡化設(shè)備的工作流程。此外，LabVIEW還提供了先進(jìn)的軟件調(diào)試工具，并使設(shè)備具備了遠(yuǎn)程調(diào)試功能，幫助我們縮短調(diào)試時間，并避免長途旅行，換算下來相當(dāng)于節(jié)省了超過10,000美金的成本。LabVIEW平臺的使用，對我們的效率和開發(fā)能力造成了很大的影響。
只用了3個月，我們VI設(shè)計組的克里斯·弗朗達(dá)（Chris Fronda）就能使用 LabVIEW和CompactRIO 來控制一個復(fù)雜的自動化醫(yī)療儀器，其中包括多軸運動控制 (步進(jìn)電機(jī))、精準(zhǔn)的培養(yǎng)箱溫度控制和復(fù)雜的液體處理功能(電子閥數(shù)組控制)。VI設(shè)計組使用LabVIEW Real-Time模塊與LabVIEW FPGA模塊開發(fā)了軟件架構(gòu)。公司還使用LabVIEW NI SoftMotion模塊(圖1)實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真，在虛擬原型上模擬真實的運動軌跡，這使我們在花費成本制造實體原型之前，就先將設(shè)計進(jìn)行可視化和最優(yōu)化，并幫助我們評估不同的設(shè)計理念。依靠LabVIEW 和 CompactRIO，VI設(shè)計組將開發(fā)時間從預(yù)計的12個月縮短至3個月，并且不用開發(fā)定制的控制軟件與驅(qū)動程序。
圖 1. SolidWorks下的 XY 機(jī)械結(jié)構(gòu)
起初，我們開發(fā)Biorep生物流體灌注系統(tǒng)（圖2）是為了測試試管內(nèi)胰島能力的。之后，系統(tǒng)功能得以不斷擴(kuò)充，還可以可測定來自胰腺源祖干細(xì)胞 ( pancreatic progenitor stem cells) 的分化細(xì)胞的分泌物。
圖 2. Biorep生物流體灌注系統(tǒng)
在研究細(xì)胞對刺激物的反應(yīng)時(例如在糖尿病研究中細(xì)胞對藥物或葡萄糖的反應(yīng))，灌注對批次培養(yǎng)（batch incubation）有非常大的好處。在生物流體灌注系統(tǒng)中，會有刺激物不斷注入，研究中的細(xì)胞或細(xì)胞群所分泌的代謝物沖走。而在過去的批次培養(yǎng)中，這些代謝物會累積從而影響研究結(jié)果。
也有一些其它更先進(jìn)的方法，例如動態(tài)量測，但它們并不實用，所以實驗室仍然使用批次培養(yǎng)的方法。Biorep技術(shù)股份有限公司（Biorep Technologies Inc.）與邁阿密大學(xué)糖尿病研究機(jī)構(gòu)（Diabetes Research Institute at the University of Miami）開發(fā)的自動的生物流體灌注系統(tǒng)，可以簡化實驗流程。它能實現(xiàn)全面的環(huán)境控制,刺激不同細(xì)胞類型,并在符合可編程協(xié)議的情況下能夠自動收集分泌物（圖3及圖4）。經(jīng)過測試，我們的生物流體灌注系統(tǒng)被證明是非常有價值的，可以在器官移植前，在試管內(nèi)測試人類胰島的生存能力。
圖 3. 協(xié)議監(jiān)測界面
圖 4. 容器定位界面
目前，已有數(shù)個實驗室定期采用該系統(tǒng)來研究胰島細(xì)胞的激素分泌。然而，Biorep 生物流體灌注系統(tǒng)并不僅限于用在胰島分泌的研究。它還可用來測定其他類型細(xì)胞的分泌，包括諸如干細(xì)胞這類的單細(xì)胞。此外，它更成為了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)藥物研發(fā)過程中不可或缺的一部分。
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