干细胞培养装置设计与系统模态分析

发布时间：2020-09-22 15:29

　　保持干细胞一致性、大批量培养,是生物工程发展的现实需求。以全自动化机电装备代替传统的实验员人工培养已成为发展趋势。论文以干细胞培养装置研制为目标,侧重解决系统结构设计和研究结构系统模态特性。全自动化干细胞培养装置将实现更高的精确度、运行平稳度、和较高的工作效率,同时拥有结构紧凑、占地面积小、功能多样、安全、美观、使用寿命长等特点。结构设计遵循低耦合、高内聚原则,同时运用模块化设计原理完成整体装置设计。论文完成的工作涵盖如下:根据干细胞培养流程,模块构建由操作区、过渡区、培养区组成的干细胞培养装置。结合设计经验,利用Solidworks三维软件分别对干细胞培养装置的三个模块进行结构设计,最终完成全自动化的干细胞培养装置的装配。利用Ansys软件对干细胞培养装置内部的三个机械手及整体装配体进行模态分析,依次完成相应结构的简化模型、划分网格、添加约束、求解等操作,提取出主要结构对应的前20阶阵型图和固有频率,分析各阶的主要振动形式,为培养装置的驱动与控制系统设计提供系统参数,确保规避共振频率,防止产生共振,减少振动和噪声,使干细胞培养装置操作过程平稳、精准。在获得三个机械臂和培养装置整体装配体的模态分析结果后,经分析可知,三个机械臂的前20阶的固有频率都比装配体的大很多,机械手的振动幅度在可接受范围内、变形位置跟预测结果基本一致。整个装配体的固有频率基本处于1 1至45HZ范围内,装置的驱动电机工作频率需要远离该频率段及机械手的各阶固有频率,外部的持续激励也应该远离该此频率范围。模态分析结果为干细胞培养装置的开发提供了结构特征参数,提高了设备的可靠性与安全性,同时,也为结构设计提供了理论参考。干细胞培养装置的设计研究,为培养装置研制奠定了基础,具有一定的科学意义和工程应用价值。
【学位单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q813
【部分图文】：

设备,灌流,贴壁细胞,糖蛋白

第一章绪论逡逑可用于干、ＮＫ、Ｔ及贴壁细胞培养的德国ＺＲＰ反应器能生产糖蛋白、抗体、逡逑多肽药物，如图１－３所示。其通过特有的模块化组件和控制方式实现供给氧气、逡逑排出废物、操作精确、扩大规模等功能。ＺＲＰ反应器便于装配和操作，分为两种逡逑模式：平板灌流式和旋转载体灌流式。其中平板灌流式用于干、Ｔ、免疫系统细逡逑胞，而旋转载体灌流式用于三维贴壁细胞、重组蛋白、糖蛋白多肽的培养【１７＿１８１。逡逑：邋ｊ『．；一”逡逑ＩＢ逡逑图１－３三维细胞及组织培养系统逡逑中科院广州生物院的科研人员在相继攻克了八项关键技术后，成功开发了全逡逑自动干细胞诱导培养装置，如图１－４所示。在２５平方米的地方就可以完成细胞逡逑自动培养、使用显微镜实时观测细胞培养状态、试剂的添加换取移除、细胞的多逡逑次提取分化等功能，是现有集自动化培养箱系统、自动化液体处理系统、显微镜逡逑在线观测系统、高精度克隆挑取系统、培养皿传送系统、设备控制系统等六个模逡逑块于一体的干细胞诱导生产系统。首次完成了将机器学习和人工智能算法为判定逡逑的干细胞诱导培养全过程，该技术在国际上也遥遥领先。该装备的成功研发，使逡逑国内的精密高端医学装备在很大程度上摆脱了进口的束缚，为干细胞再生医学及逡逑精准医疗的科研打好了基础［１９］。逡逑－邋．■擎逡逑－Ｉ｜）邋ＧＩＢ邋Ｈ逡逑１邋＿逡逑：＇ｉ逡逑图１－４全自动干细胞诱导培

细胞,灌流,贴壁细胞,糖蛋白

整机,海燕,发动机,问题

南京航空航天大学的吴元东提出，螺栓连接的刚度和阻尼特性对整机特性的逡逑研宄影响很大，在论述中，特别对薄壁壳结构、螺栓连接结构进行了模型简化，逡逑如图１－５所示，运用试验证明了简化模型的合理性，从而在整机模型分析中使用逡逑此方法进行研宄，尽可能减小设备的振动［２１］。逡逑＇＇一－逦．．．邋ａｎ逡逑人Ａ蒙逡逑ｍｍｍ逡逑图１－５某发动机整机模型逡逑侯力轩、殊海燕等人在１２年针对振动、噪声等问题，先在ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建逡逑立了三维模型，再进行了整体设备的模态分析，如图１－６所示，提取出影响发生逡逑共振的参数［８］：固有频率和振型，分析产生共振的频率，为验证模态分析结果的逡逑正确性，后续进行了试验模态分析，对研究和解决类似的整机共振问题具有指导逡逑意义［２２Ｋ逡逑６逡逑

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