空间细胞培养及实时动态显微成像系统关键技术研究

发布时间：2017-04-30 16:08

  本文关键词：空间细胞培养及实时动态显微成像系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：不断完善空间细胞培养相关验证试验以及地面模拟试验，进而从分子细胞水平探究空间特殊环境给人体的各系统、器官乃至每个细胞带来广泛而复杂的不利影响的根本原因，已经成为空间生命科学研究的重要手段之一。为了保证空间细胞培养过程的稳态进行，具备空间环境适应性的高集成化细胞培养系统已成为探索空间生命科学领域的关键设备。 在进行空间细胞培养系统设计时，除满足细胞培养系统的基本要求以外，还应克服在真实空间环境中实验研究耗费巨大、搭载时间有限、负载体积有限、操作空间有限、微重力、强辐射等难题，需综合考虑系统的传质特性、传热特性、力学特性、集成性、可操作性等。同时为满足细胞生长状态以及运动情况等物理变化的全过程实时动态监测的要求，具备空间搭载条件的可见光显微成像系统也是必备工具，从而能更好地为某些特殊现象的解释提供重要的参考依据。 针对上述问题，在详细调研分析国内外空间细胞培养装置发展的基础之上，课题自行研制了具备空间环境适应性的自动化、集成化的细胞灌流培养及实时动态可见光显微成像系统。 细胞培养系统以微流控芯片作为细胞培养平台，采用MSP430单片机作为控制芯片，结合PID控制算法将细胞周围温度稳定在37℃±0.5℃，压电隔膜泵作为流体驱动源，实现了对SH-SY5Y神经细胞的间歇式动态灌流培养。同时利用3D打印技术制作了具有保温特性的光敏树脂芯片盒，将微流控芯片、LED光源、加热制冷片一体化组装，并留出了管路连接窗口以及显微观测窗口。 可见光显微成像系统以Spartan-6系列FPGA作为成像系统核心控制处理器，以SONY公司的CCD芯片ICX209AK作为感光元器件，以ADI公司的AD9923A作为CCD驱动信号发生器及AD转换芯片，通过PCI-e总线将视频数据上传到显控平台进行实时显示监测，并设计了完整硬件结构将所有功能模块集成组装，最终完成了具备空间环境适应性的细胞培养及实时动态显微成像系统。
【关键词】：空间环境 细胞培养 显微成像 微流控芯片
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O439;R329.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 . 绪论11-29
• 1.1. 课题研究背景以及意义11-13
• 1.1.1. 研究背景11-12
• 1.1.2. 研究意义12-13
• 1.2. 空间生物培养系统的国内外研究进展13-26
• 1.2.1. 国外发展情况14-22
• 1.2.2. 国内发展情况22-25
• 1.2.3. 空间细胞培养装置发展趋势25-26
• 1.3. 本论文研究的关键技术和主要章节安排26-29
• 1.3.1. 空间细胞培养面临的问题26
• 1.3.2. 论文研究关键技术点26-27
• 1.3.3. 论文主要章节安排27-29
• 第2章 . 可见光显微成像系统的设计与实现29-47
• 引言29
• 2.1. 可见光显微成像系统组成以及成像要求29-30
• 2.2. 显微成像系统硬件设计30-41
• 2.2.1. 显微成像单元设计31-37
• 2.2.2. 数字图像采集板卡设计37-40
• 2.2.3. 电源管理方案设计40-41
• 2.3. 显微成像物镜选择及光路设计41-43
• 2.3.1. 物镜的选择41-43
• 2.3.2. 光路设计43
• 2.4. 显微成像系统结构设计43-46
• 2.4.1. 芯片盒设计43-44
• 2.4.2. 成像系统设计44-46
• 2.5. 本章小结46-47
• 第3章 . 微流控芯片设计与实现47-57
• 引言47
• 3.1. 微流控芯片流体驱动技术47-49
• 3.1.1. 机械力驱动方式48
• 3.1.2. 非机械力驱动方式48-49
• 3.2. 微流控芯片材料的选择49-50
• 3.3. 微流控芯片整体结构设计50-56
• 3.3.1. 芯片进出口设计51-52
• 3.3.2. 细胞培养腔室设计52-53
• 3.3.3. 芯片流场和温度场的仿真分析53-56
• 3.4. 本章小结56-57
• 第4章 . 细胞培养装置的集成与优化57-68
• 引言57
• 4.1. 细胞培养温度控制以及流体驱动装置设计57-64
• 4.1.1. 温度控制系统设计实现58-62
• 4.1.2. 流体驱动系统设计实现62-64
• 4.2. 细胞培养装置的搭建64-67
• 4.3. 本章小结67-68
• 第5章 . 实验以及结果分析68-76
• 引言68
• 5.1. 可见光显微成像系统性能评估68-72
• 5.1.1. CCD 成像板卡调试68-69
• 5.1.2. 显微成像效果测试69-72
• 5.2. 温控以及灌流系统性能评估72-74
• 5.3. 细胞培养实验与结果分析74-75
• 5.4. 本章小结75-76
• 总结76-79
• 本论文主要完成的工作76-77
• 后续工作及展望77-79
• 参考文献79-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 夏伟强;樊尚春;邢维巍;刘长庭;王俊锋;李天志;;空间细胞生物学研究的新进展[J];航天器环境工程;2010年06期

2 李清岭;陈令新;;微流体驱动与控制技术[J];化学进展;2008年09期

3 郭双生,傅岚,艾为党;国际空间站生命科学实验装置研制与应用进展[J];航天医学与医学工程;2003年06期

4 艾为党;郭双生;秦利锋;唐永康;;空间微藻光生物反应器地面试验样机研制[J];航天医学与医学工程;2007年03期

5 王红晖;丁柏;聂捷琳;谭映军;万玉民;凌树宽;李莹辉;;“神舟”6号空间细胞搭载体系的建立[J];航天医学与医学工程;2008年01期

6 郑森;王超;李春;邓玉林;蒋远大;李艳菊;;空间生物反应器研究进展与策略[J];航天医学与医学工程;2010年05期

7 李金国，蒋兴村，，段留生;空间条件对棘孢小单孢菌的诱变效应[J];航天医学与医学工程;1995年02期

8 汪洛,陶祖莱,高克家;空间细胞培养反应器的研制现状及其发展[J];航天医学与医学工程;1998年02期

9 骆爱群,高春宵,宋幼新,谭华荣,刘志恒;NIKKO霉素产生菌的空间生物学效应研究[J];航天医学与医学工程;1998年06期

10 佟首峰,刘金国,阮锦,郝志航;CCD视频信号处理电路应用分析[J];激光与红外;2000年06期

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本文编号：337160