组织工程软骨体外培养与调控系统开发

发布时间：2017-09-16 06:19

  本文关键词：组织工程软骨体外培养与调控系统开发

  更多相关文章： 组织工程 软骨 生物反应器 虚拟仪器 嵌入式系统

【摘要】：组织工程作为一门新兴技术在体外培养构建人体软骨组织方面取得了相当多的科研成果。然而，通过研究分析发现：构建的组织工程人体软骨存在手工操作培养，批次之间质量和安全难以控制，力学性能差，构建的软骨形态不规则等问题。所以，开发一套体外培养与调控组织工程软骨生物反应器系统就成为迫切需要解决的问题；最近的研究发现：力学刺激在软骨细胞的生长和分化中起到了重要的作用，，为开发组织工程软骨生物反应器系统提供了重要的理论基础。通过文献查询发现：目前针对组织工程软骨的生物反应器存在施加力学刺激的形式不全面，调控系统不完善等问题，无法构建培养组织工程软骨组织。因此，本文针对人关节软骨和人耳廓软骨，开发两套组织工程软骨生物反应器，具体研究工作如下： （1）针对关节软骨，分析了关节软骨的运动力学性能，提出了基于摆动与压应力结合的关节软骨培养模式，提出了组织工程关节软骨培养过程中摩擦系数的测量方法，完成了组织工程关节软骨生物反应器的结构设计与制作；并针对组织工程关节软骨反应器的摩擦系数测量精度，对整个反应器进行了系统误差的测量与分析，并提出了减小误差方法； （2）基于嵌入式系统开发了组织工程关节软骨生物反应器调控系统，完成了控制软件和以ARM芯片为核心的硬件电路并进行了调试，针对组织工程关节软骨摩擦系数的测量，开发了针对摩擦系数数据的处理与分析软件； （3）针对人耳廓软骨，通过建立人耳廓软骨的三维模型与力学仿真分析，确定组织工程人耳廓软骨的最佳施力与调控方案，完成了组织工程人耳廓软骨生物反应器整体结构设计； （4）采用虚拟仪器技术开发了组织工程人耳廓软骨生物反应器数据采集和处理系统；采用C/C++技术编写了模糊PID智能控制算法，并将其封装在虚拟仪器程序中，实现了组织工程人耳廓软骨生物反应器力学调控培养的智能控制，采用细胞自动机算法，完成了对人耳廓软骨培养状况的计算机仿真模拟。总之，本文开发完成了组织工程人关节软骨生物反应器的设计、加工与控制系统软硬件调试，完成了组织工程人耳廓软骨生物反应器系统的设计与控制系统软硬件调试，为下一步进行组织工程人关节软骨和人耳廓软骨体外培养打下了基础，对于组织工程软骨研究和进入临床应用具有极其重要的意义。
【关键词】：组织工程 软骨 生物反应器 虚拟仪器 嵌入式系统
【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】：2014
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 组织工程软骨及其生物反应器的发展10-13
• 1.2.1 目前软骨修复技术的发展状况10-11
• 1.2.2 力学因素在组织工程技术上的发展11-12
• 1.2.3 生物反应器的发展12-13
• 1.3 本文研究目的13-14
• 第2章 组织工程关节软骨生物反应器系统14-30
• 2.1 关节软骨形态体外培养与调控系统总体设计14
• 2.2 关节软骨生物反应器开发14-18
• 2.2.1 关节软骨生物反应器工作原理14-17
• 2.2.2 关节软骨生物反应器设计17-18
• 2.3 关节软骨生物反应器监控软件开发18-25
• 2.3.1 嵌入式系统 ARM 芯片工作的程序原理及参数控制18-23
• 2.3.2 嵌入式系统 ARM 显示界面23-25
• 2.4 关节软骨生物反应器数据处理系统开发25-29
• 2.4.1 MFC 简介25-26
• 2.4.2 关节软骨生物反应器数据处理系统设计26-29
• 2.4.3 软件功能实现29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 组织工程关节软骨生物反应器系统误差分析30-36
• 3.1 误差的介绍30-31
• 3.1.1 随机误差30
• 3.1.2 系统误差30-31
• 3.2 系统组装调试与误差分析31-35
• 3.2.1 系统组装31-34
• 3.2.2 误差处理34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 人耳廓软骨形态体外培养与调控系统36-50
• 4.1 人耳廓软骨生物反应器设计36-38
• 4.2 人耳廓软骨生物反应器数据采集38-42
• 4.2.1 数据采集的方法选择38-39
• 4.2.2 人耳廓软骨生物反应器参数控制39-42
• 4.3 人耳廓软骨生物反应器监控软件开发42-49
• 4.3.1 Labview 简介42-43
• 4.3.2 Labview 数据采集43-49
• 4.3.3 软件功能实现49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 人耳廓软骨生物反应器监控软件的核心算法50-62
• 5.1 算法简介50
• 5.2 人耳廓软骨外部整体压力控制算法50-54
• 5.3 细胞自动机控制算法54-61
• 5.3.1 细胞自动机算法简介54-55
• 5.3.2 模型建立55-56
• 5.3.3 实验模拟方法56-57
• 5.3.4 实验模拟结果57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71
• 附录71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 闵克学;葛宏伟;张毅;梁艳春;;基于蚁群和粒子群优化的混合算法求解TSP问题[J];吉林大学学报(信息科学版);2006年04期

2 陈治亚;周艾飞;谭钦之;方晓平;;基于改进的BP人工神经网络的物流需求规模预测[J];铁道科学与工程学报;2008年06期

3 曹桂霞,冯长建;Solidworks软件在工业设计中的应用[J];大连民族学院学报;2005年01期

4 何忠蛟;汪建章;;单摆的角振幅与其周期的关系[J];大学物理实验;2007年02期

5 高兴军,赵恒华;大型通用有限元分析软件ANSYS简介[J];辽宁石油化工大学学报;2004年03期

6 沈锋,崔元璐,成国祥,姚康德,史弘道,刘欣,贾文英,姜华;关节软骨组织工程研究进展[J];高技术通讯;1999年08期

7 李润,邹大鹏,徐振超,左占平;SolidWorks软件的特点、应用与展望[J];甘肃科技;2004年05期

8 官丙刚;杨迪生;;关节软骨缺损修复方法及疗效[J];国际骨科学杂志;2006年03期

9 程少文;彭磊;王伟;林忠勤;陈庆玉;张伟;寇冬权;;关节软骨修复研究新进展[J];国际骨科学杂志;2010年05期

10 张艳,崔磊,曹谊林;软骨组织工程种子细胞的基础和应用研究进展[J];国外医学.生物医学工程分册;2002年01期

本文编号：861371