应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统和自动化生物合成方法转让专利
申请号 : CN202010757833.8
文献号 : CN111966063B
文献日 : 2021-07-30
发明人 : 何凯 , 陈书 , 赵文亮 , 方海涛
申请人 : 中国科学院深圳先进技术研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统,其特征在于,所述系统包括硬件子系统和软件子系统;其中,所述硬件子系统包括多个工作设备,所述软件子系统包括:客户端,用于接收生物合成流程,并将所述生物合成流程写入服务器;
服务器,用于根据所述生物合成流程确定所述多个工作设备的工作时序,根据所述工作时序生成针对所述多个工作设备的控制指令,并将所述控制指令传输至所述多个工作设备,以指示所述多个工作设备按照所述控制指令的指示进行生物合成,服务器包括控制模块,用于根据生物合成流程确定多个工作设备的工作时序,根据工作时序生成针对多个工作设备的控制指令,所述控制模块包括逻辑控制子模块和数据处理子模块,逻辑控制子模块用于对生物合成流程中涉及的多个工作设备的工作流程和时间节点进行逻辑分析,根据逻辑分析结果确定多个工作设备的工作时序,并将工作时序发送给数据处理子模块,所述数据处理子模块用于将工作时序进行信息化处理,将工作时序生成针对多个工作设备的控制指令;
所述客户端包括调度算法软件,当生物合成流程包括针对多个工作设备在不同时间节点的工作流程时,客户端还用于将多个工作设备在不同时间节点的工作流程输入调度算法软件中进行分析,以确定多个工作设备的最佳运行流程;
所述多个工作设备包括通讯设备、材料存储设备、材料转移设备和生物合成设备;其中:
通讯设备,用于接收所述服务器发出的控制指令,并将所述控制指令传输至所述材料存储设备、所述生物合成设备和所述材料转移设备;
材料存储设备,用于存储生物合成所需的原材料;
材料转移设备,用于根据所述控制指令,将所述材料存储设备中的原材料输送至所述生物合成设备;
生物合成设备,用于根据所述控制指令,对所述原材料进行生物合成。
2.如权利要求1所述的应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统,其特征在于,所述通讯设备还用于将所述材料存储设备、所述生物合成设备和所述材料转移设备在生物合成过程中产生的工作数据,发送至所述服务器。
3.如权利要求 2所述的应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统,其特征在于,所述服务器还用于将所述工作数据发送至所述客户端,以供用户查询所述工作数据。
4.如权利要求1至3任一项所述的应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统,其特征在于,所述硬件子系统还包括辅助反馈设备,所述辅助反馈设备用于记录所述多个工作设备在进行生物合成过程中的设备状态。
5.一种自动化生物合成方法,其特征在于,应用于服务器,服务器包括控制模块,用于根据生物合成流程确定多个工作设备的工作时序,根据工作时序生成针对多个工作设备的控制指令,所述控制模块包括逻辑控制子模块和数据处理子模块,逻辑控制子模块用于对生物合成流程中涉及的多个工作设备的工作流程和时间节点进行逻辑分析,根据逻辑分析结果确定多个工作设备的工作时序,并将工作时序发送给数据处理子模块,所述数据处理子模块用于将工作时序进行信息化处理,将工作时序生成针对多个工作设备的控制指令,所述方法包括以下步骤:
接收客户端发送的生物合成流程,并根据所述生物合成流程确定多个工作设备的工作时序,所述客户端包括调度算法软件,当生物合成流程包括针对多个工作设备在不同时间节点的工作流程时,客户端还用于将多个工作设备在不同时间节点的工作流程输入调度算法软件中进行分析,以确定多个工作设备的最佳运行流程;
根据所述工作时序生成针对所述多个工作设备的控制指令,并将所述控制指令输送至所述多个工作设备,以控制所述多个工作设备按照所述控制指令的指示进行生物合成;
所述多个工作设备包括通讯设备、材料存储设备、材料转移设备和生物合成设备;其中:
通讯设备,用于接收所述服务器发出的控制指令,并将所述控制指令传输至所述材料存储设备、所述生物合成设备和所述材料转移设备;
材料存储设备,用于存储生物合成所需的原材料;
材料转移设备,用于根据所述控制指令,将所述材料存储设备中的原材料输送至所述生物合成设备;
生物合成设备,用于根据所述控制指令,对所述原材料进行生物合成。
6.如权利要求5所述的自动化生物合成方法,其特征在于,所述方法还包括:接收通讯设备传输的所述多个工作设备采集的工作信息,并将所述工作信息发送至所述客户端。
7.如权利要求6所述的自动化生物合成方法,其特征在于,所述方法还包括:根据所述工作信息,更新所述客户端的工作数据。
8.一种服务器,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5至7任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至7任一项所述的方法。
说明书 :
应用于合成生物学的自动化铸造平台集成系统和自动化生物
合成方法
技术领域
背景技术
合成生物学领域的核心科学问题,也是工业、农业、医学等各大领域应用的必要前提。由于
合成生物具有高度复杂性,制药公司、生物研究所等使用生物合成技术的机构在研究生物
合成物质时,研究人员需要完成海量的工程化试错实验。随着生物合成技术的发展,传统的
手工合成已经无法满足合成生物高通量的需求。
半自动化方式,多种设备固定在房间中,部分设备可以协作工作,研究人员首先在软件中设
计生物合成流程,然后将生物合成所需的材料依次放入指定的不可协作的设备。
合成流程中,物质在每个设备中的培养时间固定,培养时间结束后须按时转移。人工操作很
难精确地把握每一个转移节点,而超时转移容易造成合成失败。(3)合成正确性低。生物合
成的各个流程相似度高,容易混淆,进而导致操作错误率高。
发明内容
效率低、操作规范性差以及合成准确性低的问题。
系统包括:
作设备,以指示所述多个工作设备按照所述控制指令的指示进行生物合成。
行生物合成。该方式摆脱了生物合成工艺中操作部分对人的依赖,提高了作业效率。同时,
多个工作设备根据服务器输送的操作指令进行自动化操作,可以严格按照生物合成的工艺
步骤和各步骤对应的时间节点进行操作,提高了作业的规范性和时效性,并提高了生物合
成的准确率。
化产品、特种材料、新燃料的工业化生物制造,乃至设计具有特定功能的新细胞,提高合成
生物高通量试验的作业效率和准确性。
直接控制多个工作设备进行生物合成,实现自动化生物合成。该方法不仅可以提高生物合
成的作业效率,还可以提高作业的规范性和时效性,从而提高生物合成的准确率。
面所述的自动化生物合成方法。
法。
附图说明
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性的前提下,还可以根据这些
附图获得其他的附图。
具体实施方式
本申请,并不用于限定本申请。
骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。术语“包括”、“包含”、“具有”它们的变形都
意味着“包括但不限于”,除非是以其他方式另外特别强调。
确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、
“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是
所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。
包括多个工作设备,软件子系统12包括:
设备按照控制指令的指示进行生物合成。
成。该方式摆脱了生物合成工艺中操作部分对人的依赖,提高了作业效率。同时,多个工作
设备根据服务器122输送的操作指令进行自动化操作,可以严格按照生物合成的工艺步骤
和各步骤对应的时间节点进行操作,提高了作业的规范性和时效性,并提高了生物合成的
准确率。
的工业化生物制造,乃至设计具有特定功能的新细胞,提高合成生物高通量试验的作业效
率和准确性。
具体的,硬件子系统11包括多个工作设备,软件子系统12将生物合成的控制指令如工作时
序指令发送给多个工作设备,以指示多个工作设备按照控制指令的指示进行生物合成。
设计的生物合成流程。
的工作流程输入调度算法软件中进行分析,以确定多个工作设备的最佳运行流程,确保多
个工作设备达到最大经济效用,并提高多个工作设备的生物合成效率。
合成过程中产生的工作数据。在一些实施例中,客户端121还可以对工作数据进行存储。在
这种情况下,用户可以通过查询客户端121,获取多个工作设备在生物合成过程中产生的实
时工作数据和历史工作数据,以便进行数据分析。
的统一架构”)客户端121。在这种情况下,当多个自动化生物合成系统1集成在同一网络时,
用户可以通过其中一个软件子系统12中的客户端121对其他自动化生物合成系统1中的服
务器122进行数据的读写操作,即读取该自动化生物合成系统1的所有信息和写入设备的运
行指令,进而实现不同自动化生物合成系统1间的数据共享与设备共享。示例性的,如图2所
示,同一以太网集成的两个自动化生物合成系统1,分别命名为自动化生物合成系统1A和自
动化生物合成系统1B,用户可以通过任一客户端121远程查询同一个以太网环境中的各自
动化生物合成系统的工作数据,进一步的,还可以将工作数据进行存储,以便对各自动化生
物合成系统的历史工作数据进行数据分析。示例性的,如图3所示,同一以太网集成两个自
动化生物合成系统1,分别命名为自动化生物合成系统1A和自动化生物合成系统1B,用户可
以通过自动化生物合成系统1A的客户端121对自动化生物合成系统1B的服务器122进行数
据的读写操作,读取自动化生物合成系统1B的所有信息和写入设备的运行指令,进而实现
不同自动化生物合成系统间的数据共享与设备共享;当然,用户也可以通过自动化生物合
成系统1B的客户端121对自动化生物合成系统1A的服务器122进行数据的读写操作,读取自
动化生物合成系统1A的所有信息和写入设备的运行指令,进而实现不同自动化生物合成系
统间的数据共享与设备共享。
确定多个工作设备的工作时序,根据工作时序生成针对多个工作设备的控制指令。在一些
实施例中,控制模块包括逻辑控制子模块和数据处理子模块。在一些实施例中,逻辑控制子
模块用于对生物合成流程中涉及的多个工作设备的工作流程和时间节点进行逻辑分析,根
据逻辑分析结果确定多个工作设备的工作时序,并将工作时序发送给数据处理子模块。示
例性的,数据分析包括:同一个工作设备的工作流程和时间节点分析,多个工作设备的工作
顺序分析以及多个工作设备的工作时长分析等。在一些实施例中,数据处理子模块用于将
工作时序进行信息化处理,将工作时序生成针对多个工作设备的控制指令。示例性的,数据
处理子模块用于将工作时序进行信息化处理,转换成二进制代码的控制指令。在这种情况
下,研究人员仅通过软件子系统12就可以进行复杂的实验流程编排,并驱动多个工作设备
进行生物合成。
可以通过服务器直接调用历史数据。
122包括控制模块,控制模块还用于将多个工作设备在生物合成过程中产生的工作数据发
送至客户端121。在一些实施例中,控制模块包括逻辑控制子模块和数据处理子模块。其中,
数据处理子模块用于将多个工作设备在生物合成过程中产生的工作数据进行信息化处理,
将二级制代码转换为文字信息,并将文字信息发送给服务器122存储。
合成系统间的设备共享。
送至生物合成设备113;生物合成设备113在接收到服务器122通过通讯设备114传输过来的
控制指令后,按照工作时序中的工艺步骤,对原材料进行生物合成。
物合成流程的准确性。在一些实施例中,通讯设备114为网关或无线路由器。
信息和工作状态信息),并将工作信息通过通讯设备114传输至服务器122,以保证流程正
确,以及确认生物合成设备113的工作状态。
物合成设备113在生物合成过程中产生的工作信息(包括工作数据信息和工作状态信息),
并将工作信息通过通讯设备114传输至服务器122,以保证流程正确,以及确认生物合成设
备113的工作状态;材料转移设备112中信息采集和反馈装置用于采集材料转移设备112在
材料转移过程中的工作信息,并将工作信息通过通讯设备114传输至服务器122,以保证流
程正确,以及确认材料转移设备112的工作状态。在一些实施例中,材料转移过程中的工作
信息包括:材料转移设备112的原材料转移工作是否开启或完成的信息,材料转移设备112
中原材料的传送种类、传送速度的信息,但不限于此。
设备113在生物合成过程中产生的工作信息(包括工作数据信息和工作状态信息),并将工
作信息通过通讯设备114反馈给服务器122,以保证流程正确。
工作状态。
像,以确定多个工作设备在进行生物合成过程中的工作状态。
以实现同一以太网内多个自动化生物合成系统间的数据共享和设备共享。
生物合成流程,将生物合成流程中多个工作设备在不同时间节点的工作流程输入调度算法
软件中进行分析,以确定多个工作设备的最佳运行流程,确保多个工作设备达到最大经济
效用,并提高多个工作设备的生物合成效率。
个工作设备的工艺时间节点。
程确定工作设备的工作时序,包括:逻辑控制子模块根据多个工作设备的工作流程和时间
节点进行逻辑分析,根据逻辑分析结果确定多个工作设备的工作时序。
将工作时序转换为二级制代码的控制指令。
按照控制指令的指示进行生物合成。
这种情况下,工作设备通过数据采集装置采集工作信息,并将工作信息通过通讯设备传输
至服务器。该方式又称为后台监听模式。在一种可能的实施方式中,工作设备为不可自主反
馈数据的工作设备,在这种情况下,服务器根据预期的询问要求,生成针对多个工作设备在
生物合成过程中的询问指令,通过通讯设备将询问指令传输至多个工作设备,以询问多个
工作设备在生物合成过程中的工作信息,工作设备根据询问指令,采集工作信息,并将所述
工作信息通过通讯设备传输至服务器。该方式又称为扫描轮询模式。
端,包括:通讯设备将多个工作设备在生物合成过程中的工作信息后传输至数据处理子模
块,数据处理子模块对工作数据进行信息化处理,将工作数据由二级制代码转换为文字信
息,并将文字信息发送至服务器存储。
成流程确定工作设备的工作时序;将工作时序生成针对多个工作设备的控制指令,并将控
制指令输送至硬件子系统,以控制硬件子系统中的多个工作设备按照控制指令的指示进行
生物合成;接收硬件子系统中的多个工作设备反馈的工作信息。
令,直接控制多个工作设备进行生物合成,实现自动化生物合成。该方法不仅可以提高生物
合成的作业效率,还可以提高作业的规范性和时效性,从而提高生物合成的准确率。
的计算机程序921。所处理器910执行计算机程序921时实现上述照明控制方法各个实施例
中的步骤,例如图5所示的步骤S501至S502。
可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段可以用于描述计算机程序
921在服务器900中的执行过程。例如,计算机程序921可以被分割成接收模块、控制模块和
输送模块,各模块具体功能如下:
或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如服务器900还可以包括输入输出
设备、网络接入设备、总线等。
(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field‑
Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、
分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器
等。
卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等
等。进一步地,存储器920还可以既包括服务器800的内部存储单元也包括外部存储设备。存
储器920用于存储计算机程序921以及服务器900所需的其他程序和数据。存储器920还可以
用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。