组织工程角膜动态培养及透明度检测仪器开发与实验论证

发布时间：2017-07-25 18:05

  本文关键词：组织工程角膜动态培养及透明度检测仪器开发与实验论证

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【摘要】：利用组织工程技术在体外构建培养角膜组织来解决角膜供体问题，为广大角膜盲患者的复明带来了希望。但是，目前大多数组织工程角膜都是采用静态培养的方式，通过手工塑形，人工培养操作，导致培养出来的角膜组织很多时候存在着形态不规范，透明度差，批次之间的质量难以控制等一系列问题。近几年，研究发现力学刺激在组织工程学、生物学、形态学等方面发挥着极其重要的作用，构建良好力学环境对大多数体内器官、组织的生长都有着很大的影响。同时考虑到培养出来的角膜组织透明度的好坏是决定角膜是否培养成功的最关键因素之一，而目前临床与实验针对角膜透明度通常采用主观判断为主，无法用数据客观评价。 因此，本文开发一套组织工程角膜体外动态培养系统及透明度检测仪器，能够模拟体内角膜的力学环境，构建理想的角膜培养微环境，同时用透明度检测装置检测组织工程角膜的透明度值，提供更加客观的评价标准: (1)根据透明度光学的基本原理，以虚拟仪器为开发平台，采用计算机，，数据采集卡、照度传感器等器件，确定组织工程角膜透明度检测的测量方法，完成组织工程角膜透明度检测仪器的开发，同时使用红色激光或者普通LED可见光作为光源，针对有机玻璃、普通浮法玻璃、隐形眼镜和猪角膜的测量计算，确定组织工程角膜透明度测量仪的系统误差修正值为0.0094，精度误差为0.6-1.0%，满足测量要求。采用红色激光光源测量的角膜透明度比普通LED可见光测得的值有细微不同；但是对于确定的光源，该仪器不影响被测组织工程角膜透明度的优劣评判；更换不同波长光源，可以获得该种波长情况下角膜透明度的精确值。 (2)实现组织工程角膜动态培养系统开发，系统由角膜反应器和控制系统两大部分组成，利用ANSYS对角膜模型进行有限元的力学分析，合理设计生物培养系统的力学环境，确定了角膜反应器的内部结构，可以将角膜种子细胞-生物可降解载体支架放入处于无菌CO2培养箱内部的角膜反应器中，通过调控反应器的压力大小、电机转动和培养液灌流等方式来实现动态培养。通过对脱细胞猪角膜基质的动静态实验对比，经倒置显微镜、透明度检测仪器观察可以发现动态实验后的脱细胞猪角膜基质样品表面更加平整，更加透明，胶原纤维更加有序。 综上所述，本文研究的组织工程角膜透明度测量方法与仪器可以对组织工程角膜进行定量的检测，实现了组织工程角膜透明度参数的可比性，从而更客观与科学，有望成为组织工程角膜度透明度测量的新标准；而开发的组织工程角膜动态培养系统，为接下来的组织工程角膜的体外构建开创了新的思路，给组织工程角膜临床应用和大规模产业化、标准化培养打下良好的基础。
【关键词】：组织工程角膜 虚拟仪器 透明度 动态培养系统
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH786
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 组织工程角膜的国内外研究进展10-15
• 1.2.1 角膜的结构与功能10-11
• 1.2.2 组织工程角膜上皮层研究11-12
• 1.2.3 组织工程角膜基质层研究12-13
• 1.2.4 组织工程角膜内皮层研究13-14
• 1.2.5 全层角膜重建的研究14
• 1.2.6 组织工程角膜透明度研究14-15
• 1.3 力学因素在组织工程角膜培养中的作用15-16
• 1.3.1 角膜的生物力学特性15-16
• 1.3.2 力学环境对角膜生长的影响16
• 1.4 论文的研究目的和主要内容16-17
• 1.4.1 研究目的16-17
• 1.4.2 论文的主要内容17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 组织工程角膜透明度检测仪器开发18-34
• 2.1 角膜透明度检测仪器的测量原理18-19
• 2.1.1 透明度的光学定义18-19
• 2.1.2 仪器测量工作原理及设计依据19
• 2.2 硬件装置设计开发19-23
• 2.2.1 仪器整体设计实现19-20
• 2.2.2 组织工程角膜透明度换算20-21
• 2.2.3 硬件系统设备21-23
• 2.3 基于 LABVIEW 检测软件系统设计开发23-29
• 2.3.1 系统开发软件23
• 2.3.2 软件主要设计模块23-29
• 2.4 组织工程角膜透明度检测装置的精确度分析29-33
• 2.4.1 空载状态组织工程透明度装置测量精确分析29
• 2.4.2 组织工程角膜透明度装置精确度分析29-31
• 2.4.3 不同光源对透明度测量精确度影响31-32
• 2.4.4 结果讨论32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 组织工程角膜生物培养系统34-49
• 3.1 组织工程角膜体外动态培养和监控系统的总体方案34
• 3.2 角膜生物培养反应器设计34-41
• 3.2.1 设计原则34-35
• 3.2.2 有限元分析角膜生物力学性能35-40
• 3.2.3 角膜生物反应器构成40-41
• 3.3 监控系统设计实现41-48
• 3.3.1 传感器系统41-44
• 3.3.2 电机控制44-46
• 3.3.3 蠕动泵和培养箱的选择及装置搭建46-48
• 3.4 结果讨论48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 脱细胞基质角膜制备与生物培养系统的实验分析49-60
• 4.1 脱细胞猪角膜基质实验材料制备49-54
• 4.1.2 主要实验仪器50
• 4.1.3 实验试剂药品50
• 4.1.4 材料制备过程50-52
• 4.1.5 实验材料选择52-54
• 4.2 动态培养系统的实验分析54-57
• 4.2.1 系统调试和样品实验54-56
• 4.2.2 光镜观察56
• 4.2.3 透明度检测56-57
• 4.3 结果讨论57-59
• 4.3.1 形态观察57
• 4.3.2 透明度57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 附录67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：572546