本文關(guān)鍵詞：空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理樣機(jī)控制模塊研制

  更多相關(guān)文章： 空間細(xì)胞培養(yǎng) 流體控制 環(huán)境參數(shù)控制 顯微成像

【摘要】：隨著航天技術(shù)及空間生命科學(xué)的發(fā)展，空間環(huán)境下細(xì)胞對(duì)于微重力及其它力學(xué)刺激的響應(yīng)機(jī)制的研究顯得越來(lái)越重要。因此，分析和區(qū)分微重力條件及其它力學(xué)刺激對(duì)細(xì)胞的影響成為認(rèn)識(shí)細(xì)胞對(duì)重力變化響應(yīng)機(jī)制的前提，而這些有關(guān)微重力條件的研究必須依賴于專門的實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。近年來(lái)主要航天科技大國(guó)已開(kāi)發(fā)了一些空間細(xì)胞培養(yǎng)裝置，但目前空間細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍然不高。其主要原因在于微重力下細(xì)胞生存的力學(xué)環(huán)境和物質(zhì)傳輸條件發(fā)生重大改變，地面常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段難以應(yīng)用，如何嚴(yán)格和規(guī)范地控制細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程參數(shù)，分離重力變化和其他力學(xué)因素對(duì)細(xì)胞的影響成為制約實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的技術(shù)瓶頸�？臻g細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)因應(yīng)空間生命科學(xué)研究的迫切需求而提上議事日程，科學(xué)家擬借助這一平臺(tái)從生物力學(xué)的角度研究微重力下細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程的基本規(guī)律。 本文調(diào)研了空間細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀，探索了空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向，搭建了流體控制模塊，，溫度pH監(jiān)控模塊，在線顯微觀測(cè)模塊，擬為克服空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的技術(shù)瓶頸奠定基礎(chǔ)。1）規(guī)范空間細(xì)胞培養(yǎng)的力學(xué)環(huán)境首要在于控制其生存的流體環(huán)境，主要包括流體力學(xué)環(huán)境和物質(zhì)交換條件兩個(gè)方面。蠕動(dòng)泵和注射泵因其液體輸送管路可以單獨(dú)進(jìn)行滅菌處理成為細(xì)胞培養(yǎng)液輸送控制的首選。本文針對(duì)空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的需要，搭建了基于注射泵和蠕動(dòng)泵的流動(dòng)腔式培養(yǎng)器流體控制模塊，旨在為空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供精確的流體環(huán)境，以分離重力和其它力學(xué)刺激對(duì)細(xì)胞的影響；2）細(xì)胞的培養(yǎng)需要合適的溫度和pH環(huán)境，且因空間實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)且依賴于自動(dòng)操作，本文針對(duì)返回式衛(wèi)星細(xì)胞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫度、pH監(jiān)控模塊，以實(shí)現(xiàn)溫度和pH參數(shù)的長(zhǎng)時(shí)程實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)反饋控制；3）對(duì)于空間細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，細(xì)胞顯微圖像的實(shí)時(shí)采集對(duì)于觀察細(xì)胞不同時(shí)期的形態(tài)、大小、數(shù)量，深入研究空間細(xì)胞生長(zhǎng)特性有顯著的幫助。本文進(jìn)行了在線顯微觀測(cè)模塊的初步設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞圖像的實(shí)時(shí)采集。 本文搭建了空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)模塊，其研究結(jié)果為空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制提供了原理性證明和技術(shù)支持，為促進(jìn)空間細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，以及為闡明細(xì)胞對(duì)重力環(huán)境改變的響應(yīng)機(jī)制提供了方法學(xué)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：空間細(xì)胞培養(yǎng) 流體控制 環(huán)境參數(shù)控制 顯微成像
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R85
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-20
• 1.1 研究背景8-16
• 1.1.1 細(xì)胞的力學(xué)-生物學(xué)耦合效應(yīng)8-9
• 1.1.2 空間細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究進(jìn)展9-13
• 1.1.3 空間細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置環(huán)境監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展13-15
• 1.1.4 空間細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置在線顯微觀測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展15-16
• 1.2 本文研究意義和內(nèi)容16-17
• 1.2.1 研究意義16
• 1.2.2 研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)17-20
• 2 流動(dòng)腔式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流體控制模塊20-32
• 2.1 基于注射泵的流體控制模塊20-26
• 2.1.1 微重力下細(xì)胞間相互作用研究流動(dòng)腔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)20-21
• 2.1.2 注射泵控制軟件設(shè)計(jì)21-23
• 2.1.3 基于注射泵的流體控制模塊系統(tǒng)搭建23-24
• 2.1.4 基于注射泵的流體控制模塊應(yīng)用24-25
• 2.1.5 本節(jié)小結(jié)25-26
• 2.2 基于蠕動(dòng)泵的流體控制模塊26-31
• 2.2.1 空間細(xì)胞生物力學(xué)平臺(tái)流動(dòng)腔式細(xì)胞培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)26
• 2.2.2 蠕動(dòng)泵控制軟件設(shè)計(jì)26-29
• 2.2.3 基于蠕動(dòng)泵的流體控制模塊性能測(cè)試29-30
• 2.2.4 流動(dòng)腔式細(xì)胞培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用30-31
• 2.2.5 本節(jié)小結(jié)31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 3 基于返回式衛(wèi)星細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度、pH 監(jiān)控模塊32-58
• 3.1 返回式衛(wèi)星細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)32-33
• 3.2 溫度、pH 監(jiān)控模塊硬件總體結(jié)構(gòu)33
• 3.3 溫度采集與控制模塊33-42
• 3.3.1 溫度采集模塊34-37
• 3.3.2 溫度控制模塊37-40
• 3.3.3 溫度設(shè)定模塊40-41
• 3.3.4 溫度控制 PID 算法41-42
• 3.3.5 本節(jié)小結(jié)42
• 3.4 pH 采集與控制模塊42-48
• 3.4.1 pH 采集模塊43-46
• 3.4.2 pH 控制控制模塊46-48
• 3.4.3 本節(jié)小結(jié)48
• 3.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊48
• 3.6 主控模塊48-49
• 3.7 電源模塊49-50
• 3.8 顯示模塊50-51
• 3.9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51-53
• 3.9.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)概述51-52
• 3.9.2 系統(tǒng)整體程序設(shè)計(jì)52
• 3.9.3 程序調(diào)試52-53
• 3.10 系統(tǒng)功能測(cè)試53-56
• 3.10.1 pH 檢測(cè)功能測(cè)試54
• 3.10.2 溫度檢測(cè)功能測(cè)試54-56
• 3.11 本章小結(jié)56-58
• 4 在線顯微觀測(cè)模塊初步設(shè)計(jì)58-64
• 4.1 CCD 結(jié)構(gòu)58
• 4.2 顯微鏡成像原理58-59
• 4.3 在線顯微觀測(cè)模塊搭建59-62
• 4.4 全自動(dòng)聚焦技術(shù)探討62-63
• 4.4.1 全自動(dòng)聚焦算法62
• 4.4.2 自動(dòng)聚焦平臺(tái)搭建62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 5 總結(jié)和展望64-66
• 5.1 總結(jié)64-65
• 5.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 附錄73-81
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間已錄用的論文73
• B. 碩士期間參與的科研項(xiàng)目73
• C. 溫度、pH 監(jiān)控模塊控制程序73-81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：525084