临床上由外伤、先天性疾病、衰老等引起的组织缺损十分常见,但传统治疗方法效果不佳,缺损组织的修复是当今临床医疗的一大难题。组织工程技术是最具发展前景的治疗措施之一,工程化组织体外培养需要能够精确模拟生化环境和力学环境的生物反应器,但目前的生物反应器难以满足需求,仍处于实验室应用和临床研究阶段。只有充分考虑力学环境和生化环境的协同作用,才能达到更好的培养效果,因此亟需开发能够精准模拟特定组织力学及生化微环境的生物反应器。本文首先阐明力学生物反应器研究的历史背景与重要意义,分析组织工程技术中的生物力学研究,论述生物反应器检测技术、模拟细胞行为的演化算法、力学生物反应器控制技术的研究现状,指明论文研究内容。为实现组织工程生物反应器的环境参数检测无菌化、智能化,搭建适用于各类组织细胞培养的生物反应器检测系统通用传感器单元,本文选取重要环境参数p H、DO、CO2,详细分析其对应的传感器检测原理,并结合生物反应器检测系统中传感器可消毒、在线测量的需求确定传感器的选型,给出传感器校准方式,严格校准保证传感器的精度。针对组织工程类生物反应器生化环境参数的准确与智能化检测需求,开发基于ADC+STM32硬件架构的数据采集单元,本文首先完成IV信号调理电路、信号采集转换电路、数据处理电路及数据传输电路的设计,然后给出系统的软件设计,详细介绍本文完成的主程序模块、数据处理模块、数据传输模块的软件程序设计,及论述系统智能检测云端平台设计。最后,基于开发的数据采集平台开展实测实验,实测结果表明,本文开发的数据采集单元可准确有效实现生物反应器生化环境的多参数采集与检测。在组织的体外培养过程中,施加相应的力学刺激能够获得更好的培养效果,但最佳力学刺激方案需要通过大量的培养实验得到,实验周期长、成本高。针对这一问题,本文提出基于细胞自动机（Cellular Automata,简称CA）的力学刺激条件下细胞演化算法,首先深入研究了细胞生长与环境限制因子、自限制因子关系的动力学微分方程,推导细胞浓度与基质浓度之间的函数关系,构建二维细胞生长空间,基于细胞生长机制、细胞邻居、营养成分建立进化规则,提出基于改进动力学微分方程的细胞自动机模拟演化算法。仿真实验结果表明本文提出算法能够准确模拟力学刺激条件下细胞的体外培养过程,可以缩短实验周期,为组织培养所需要的最佳力学刺激方案提供参考依据。在确定最佳力学刺激方案后,精准的力学刺激控制对于体外组织培养效果非常重要,而生物反应器力学刺激控制的精确性受到多方面因素的影响。本文详细研究生物反应器伺服系统的构成,建立伺服系统各环节的控制模型,分析生物反应器伺服控制系统的误差来源,构建考虑摩擦干扰的二质量伺服系统模型,给出了基于模糊自适应PID算法的控制器设计。仿真验证结果表明,本文提出方法可有效提高系统控制的抗干扰性与力学刺激控制的准确性。