张海[1]（2020）在《生物自动化微注射过程视觉伺服与运动控制系统研究》文中研究表明生物微注射技术在毒理学研究、基因编辑、药物检验等领域起着非常重要的作用。传统的手动微注射存在精度差,成功率低,容易污染生物样本等问题。基于此背景,生物自动化微注射系统的研究受到了世界上很多国家的重视,我国也在《国家重点研发计划》中强调大力发展综合交叉产业,并已明确重点研究生物的显微操作技术。与人类基因相比,斑马鱼具有较高的遗传相似性,已成为研究人类疾病和肿瘤的主要模型。本文在现有研究基础上,结合图像算法和深度学习模型来识别斑马鱼的位姿。同时,研究斑马鱼位姿调整策略,配合所设计的旋转机构将其调整至最佳注射姿态。此外,针对斑马鱼体表色素的遮挡而产生的定位异常值,研究基于自适应抗差Kalman滤波的注射控制算法,实现高精度、高存活率的斑马鱼自动化微注射。本文主要工作展示如下:首先,设计一套适用于斑马鱼心脏自动化微注射的方案。不同于传统的细胞或胚胎等球形或类球形样本,斑马鱼幼虫的固定和位姿调整都存在较大难度。本文针对斑马鱼等梭形样本设计了一套位姿旋转设备,包括水平旋转电台和体轴旋转执行器,可实现斑马鱼的位姿调整。配合微纳设备可完成斑马鱼幼虫心脏的自动化微注射。其次,研究斑马鱼微注射系统的图像算法和深度学习模型。通过比较当前图像和模板的二值面积来判别斑马鱼是否在视野下。在斑马鱼非全暴露情况下,利用图像矩获取其坐标信息,配合XY电台将其移至全暴露区域。在全暴露情况下,采用图像算法和深度学习来识别斑马鱼的水平和体轴位姿。根据先验经验,利用P-Tile自适应分割算法获取眼睛与鱼鳔分离的斑马鱼二值图像,基于此构建感兴趣心脏区域,结合累积帧差法凸显出搏动的心脏。利用金字塔模板匹配算法获取执行器末端的水平坐标,采用接触法获取执行器末端的Z轴相对高度。再次,研究斑马鱼微注射系统的运动控制算法。根据斑马鱼的水平位姿对其进行水平位置和倾斜角区域划分。根据区域来规划PID控制器的分段输入,分别控制全暴露和水平位姿调整。其次,研究基于位置的伺服系统来调整斑马鱼的水平位姿,无需保持斑马鱼始终处于显微视野内。同时,利用离心补偿抑制旋转过程的漂移运动,防止视觉伺服失败。针对注射过程中斑马鱼对注射针存在遮挡,从而产生尖端定位异常值的现象,根据注射针末端的状态方程和量测方程,提出自适应抗差Kalman滤波器对视觉反馈异常值进行抑制,提高注射精度和斑马鱼的存活率。最后,构建斑马鱼心脏自动化微注射系统,并进行相关实验。从图像算法,深度学习模型,位姿调整策略和基于自适应抗差Kalman滤波的注射算法进行实验分析。实验结果表明所提图像算法和深度学习模型能满足幼虫位姿识别和心脏定位的要求。位姿调整策略和设计的旋转机构能够稳定,快速地完成位姿调整。基于自适应抗差Kalman滤波的注射算法可以有效抑制视觉反馈的异常值,提高了注射精度和样本存活率。
周涛[2]（2014）在《显微压电注射技术研究》文中提出随着现代生物科技的发展，显微注射技术已成为研究的热点。针对显微注射系统自动化水平低、可控性差，尤其是压电微注射系统，驱动技术存在频带窄、带载能力差等缺点，且注射过程需要水银辅助，容易对操作人员造成伤害且对环境要求很高。因此研究显微压电注射技术，对于推动生物工程的发展具有重要的理论与实际意义。首先，根据显微压电注射要求，选用Sutter公司的MP-285吸持操作手、MX7600R注射操作手、Harvard PHD Ultra精密注射泵、NIKON公司的TI系列生物倒置光学显微镜和A601f系列8位CCD摄像机等构筑微注射硬件系统。并对PST150/4/20VS9型压电陶瓷进行振动测试，设计用于连接压电陶瓷与注射针的微注射器。其次，对显微压电注射驱动技术进行研究，通过分析压电陶瓷的负载特性，采用零点补偿、滞后-超前控制器对压电陶瓷引起的相位滞后进行补偿校正，以PA92为核心设计显微压电注射系统所需的驱动电源。经测试，电源的相位裕度为44.293度、有效带宽达20KHz、输出电压最高可达150V，满足微注射系统稳定性及高动态的要求。针对压电陶瓷输出位移无法实现显微注射时，提出由注射操作手给予注射针适当补偿位移的复合控制注射方法。并通过采用基于图像的视觉伺服控制方法，实现操作手的自动控制、注射针及细胞的识别跟踪、深度信息的获取等，提高了自动化水平。最后，应用开发的自动显微压电注射系统，成功实现了小白鼠卵细胞的破膜注射过程。通过对比试验，得到小白鼠卵细胞刺破透明带的最佳参数为：Vpp为45V、频率60Hz、对称性90%的三角波；刺破质膜的最佳参数为：Vpp为15V、频率50Hz、对称性90%的三角波。同时，通过压电驱动系统与微注射器的结合，成功实现了注射过程无需水银辅助也可以完成显微注射，降低了对操作环境的要求，也减少了对操作人员的危害，提高了安全性。
田桂中,陈涛,王淑妍,刘志强[3]（2011）在《生物工程中自动化显微注射技术研究进展》文中认为阐述了现有显微注射系统的结构组成与功能特征,介绍了自动化显微注射技术的国内外研究现状。分析了显微注射中各项自动化操作研究的技术组成及其优缺点,涉及图像处理、微机械加工、智能材料、自动控制、气动、激光与计算机等技术或方法。指出了研究基于手工细胞注射技术路线的全自动显微注射技术的关键问题和困难。展望了自动化显微注射技术的发展方向,并从三方面简要介绍了各方向的研究进展,包括自动化显微注射系统结构、微注射针进针机构和基于仿生微通道的微注射量精确控制技术。
秦晓丽,赵新,车秀阁,方勇纯[4]（2011）在《超微量定量显微注射建模与自适应控制》文中指出为解决微注射机器人在细胞注射中注射量的精确控制问题,本文对微注射针管进行了建模和流量的自适应控制研宄。首先从实验数据出发,借鉴电路理论中的集总参数模型,通过多次实验建立了针管的集总参数模型;分析多组针管的参数变化规律,得到了适用性较强的针管流量模型,并通过实验数据验证了其可靠性。随后考虑到模型参数受多种因素的影响,难以在实验前获取其的具体数值,本文设计了一种自适应控制器以实现参数的在线估计和流量的跟踪,最后通过仿真结果测试了这种显微注射自适应控制系统的有效性。
唐照军[5]（2011）在《自动化细胞微注射中器件制作及微注射实验研究》文中研究指明细胞微注射技术在生物工程等研究领域中扮演越来越重要的角色,但现有手工或半自动化的微操作方式,存在注射效率低、注射量难以控制等不足。研究一种注射效率高、量精确可控的自动化细胞微注射技术已成为生物工程领域的重要课题之一。本论文以微流体脉冲驱动-控制技术为起点,对自动化细胞注射中相关微器件的设计与制备、微操作与微注射实验进行了研究,取得以下成果：基于玻璃热成型工艺,进行了细胞微注射器件的基础制作工艺实验研究,包括拉制、磨制、锻制实验。通过对基础工艺的改进,引入了拔尖和弯制工艺,有效地解决了细胞注射过程中,注射针与持卵针间的夹角调节问题。进行了细胞注射的压力调节研究,达到了临界注射状态,并实现了序列化微喷射；进行了细胞自动输送实验,研究了驱动控制参数对细胞输送速率的影响,得到了优化控制参数。设计了微注射针自动定位系统,实现了微注射针的进针、退针等自动化操作。在调压喷射实验基础上进行了细胞微注射量的控制实验,通过选择控制参数可实现定量微注射。以猪卵母细胞为实验对象,进行了自动化细胞注射验证实验研究,单枚细胞平均注射时间约为3min,注射效率达18枚/h。结果表明：基于细胞压力调节、自动输送、微针自动定位技术和定量微注射的自动化细胞注射是可行的。
陈伟[6]（2010）在《细胞微注射系统执行装置的研究与开发》文中研究表明目前广泛采用的细胞微注射系统在进行细胞注射时,采用手动操作或机械手进行细胞寻找、定位、吸持,注射,存在着系统复杂及注射量控制精度低等缺点。研究可使细胞微注射操作简单、注射量控制精确、注射成功率高的细胞微注射技术成为细胞工程的一个重要课题。本文主要内容是关于细胞微注射系统执行装置的设计研究,主要包括两方面内容：流量控制机构的设计和推针机构的设计。首先在流量控制方面,提出了利用压电陶瓷微位移器实现细胞注射的流量数字化控制,并针对这一目标设计一个机械装置,可以实现压电陶瓷的固定与预紧,并能通过该装置推动注射器活塞实现液体出流,从而将压电陶瓷致动器的位移转化为注射流量。并对这一结构进行了可行性的实验来验证这一设计方案是否合理可行。在推针动作执行方面,综合考虑精确性和经济性,采用了电动位移平台并引入力反馈的驱动方式,使微注射针穿透细胞膜的过程实现了闭环控制,提高了精度。最后对于各系统的控制程序进行了设计,推针系统采用单片机为核心的控制电路,易于实现驱动器控制脉冲输入,力反馈要求的A/D转换,与上位机的RS232串口通讯等功能。
田桂中[7]（2008）在《自动化细胞注射中微操作与微注射技术及实验研究》文中指出细胞注射技术在生物、医疗等领域中扮演越来越重要的角色,但其手工或半自动化操作方式,存在实验效率低、注射量控制难等不足。研究一种自动化程度高、微注射量精确可控的细胞注射技术已成为细胞工程和机械工程的重要课题。微流体数字化技术是南京理工大学微系统研究室发明的、拥有自主知识产权的重要研究成果,该技术为建立与信息化、能量传输及固体运动数字化有同等意义的物质传输数字化开辟了道路,对微流体系统的研究和技术进步有重要意义。本论文以微流体数字化技术为起点,研究自动化细胞注射中微操作与微注射技术。从操作机理、实现方法与装置、验证实验等方面,研究了自动化细胞注射的系统结构和自动补给、位姿调节、数字化进退针、数字化微注射这四项关键技术,取得以下成果:提出了“多操作手分立式”细胞注射系统结构,简化了单操作手的任务和操作方式,降低了图像处理、伺服控制等单元的性能要求,增强了微小工件位置和姿态调节能力,为研制自动化细胞注射系统奠定基础。研制了微流体数字化技术驱动的细胞自动补给仪样机,适合于不同尺寸细胞的定点输送,具有自动计数、自动分离和实时可控等特征。提出了基于流场流动和机械运动耦合控制的细胞位姿调节技术。以细胞培养液为控制介质,分析了细胞位姿调节技术操作机理;建立了被操作细胞工程化模型和淹没射流控制模型;以吸持针为末端执行器,发明了细胞位姿调节用单细胞微操作装置。实现了三维位置坐标和三自由度姿态信息的精确控制。提出了前后端双支撑结构的冲击式微进给驱动原理,建立了该驱动原理的动力学模型,消除了传统惯性式微进给机构质心前后移动引起的横向摆动,进给步长和运动方向实时可调,运行稳定可靠,行程不受限制。研制了具有数字化进退针和数字化微注射双重功能的微注射仪,测试了其进给和喷射性能。具有进给精度高、瞬时速度快、过程实时可控等特征,精度可达纳米量级,刺膜实验效率达149枚/h;实现了注射时间节拍化、微注射量规整化,且脉冲序列人为可控,微注射分辨率达飞升量级。以小鼠卵母细胞为实验对象,进行了自动化细胞注射验证实验研究,实验效率达12枚/h。结果表明:基于细胞自动补给、位姿调节、数字化进退针和数字化微注射这四项特征操作的自动化细胞注射是可行的,“多操作手分立式”系统结构提高了细胞注射自动化程度。
兰海英[8]（2008）在《微流体数字化细胞显微注射实验研究》文中提出生物技术的发展以及细胞注射技术的广泛应用,对实验手段和实验设备提出了越来越高的要求。比如,设备操作的容易程度、设备对微操作对象的影响大小、微注射量的控制精度等问题。在细胞注射过程中,对微操作要求迅速准确,注射速度快;细胞刺膜过程对细胞的变形影响小、微注射量一般要求达到pL级。目前还没有相关设备和手段来完全解决这些问题,南京理工大学微系统研究室提出的“微流体数字化技术”在这方面取得了突破性进展。本文是针对数字化细胞微注射仪的细胞注射实验研究,该注射仪是基于“微流体数字化技术”研发的。利用微系统研究室研发的细胞工程用微针制备仪器,在大量制备微针实验的基础上,制作出符合细胞注射要求的微针。对微针进行表面疏水化以及清洗处理,可以提高微注射针的注射性能;利用图像处理技术可以精确测出其物理参数。此外,对数字化微注射仪的进针、退针性能进行测试;重点研究了注射仪的注射性能,得到不同参数下的注射量,并对其影响因素进行分析。在此基础上,对三种具有代表性的卵细胞进行微注射操作,通过实验探索注射驱动参数,得出注射成功率较高的参数范围。最后对注射过荧光标记物的细胞进行荧光检测,证实微注射仪确实将注射药液注入细胞内。
岳伟[9]（2008）在《数字化细胞微注射仪研制及拉针仪设计》文中提出细胞微注射技术是细胞工程领域应用最广泛的技术之一,而目前国内细胞微注射装备基本依赖进口,价格昂贵,存在刺膜细胞变形大、流动正常性较差、生产率较低等缺点,且并未实现细胞注射自动化。本文以微流体数字化技术为基础,设计基于压电驱动的数字化细胞微注射仪,通过搭建的数字化细胞微注射仪位移测试实验系统研究驱动波形、电压、频率、倾斜角度、预紧力对微注射仪位移特性的影响规律,进一步研究数字化细胞微注射仪用于细胞微注射的可行性。并提出注射微针制备装置拉针仪的设计方案,进行原理实验验证和拉针参数控制研究。本文设计的数字化细胞微注射仪通过软件控制驱动波形、电压、频率等参数的变化来实现细胞注射快速进退针及注射操作,该方法避免了直接对结构进行调整以适应不同的操作要求,简单可靠,易于实现细胞注射自动化。实验结果表明,数字化细胞微注射仪具有刺膜细胞变形小、流动正常性好、注射分辨率高的优点。设计的拉针仪系统稳定性高、重复性好,能够拉制出符合要求的注射针。参数控制实验分析表明,应在有效的范围内减小加热时间和加热长度,提高加热电压。
夏继盛[10]（2007）在《基于AFM的微滴量检测及其性能改善的研究》文中进行了进一步梳理微尺度流体控制与检测技术在国内外被广泛关注和研究，其中基于离散微液滴的控制技术在微流控芯片，微阵列芯片，显微注射，喷墨打印，微滴喷射成形技术以及生物制造工程得到了广泛应用。在生物化学领域的微离散流操作中，实现微滴量的精确控制极为重要的，要求微滴量控制在皮升至纳升范围。量的控制与检测是紧密相关的，同时检测也是正确进行微流体操作结果分析的前提，但目前微滴量测量及相关的微量检测方法，由于受多种因素限制，存在不同的问题。所以在基于离散流的微流体系统中，如何对微滴量进行有效可靠的检测，对于流体控制及其应用领域的研究具有十分重要的意义。本文提出了基于原子力显微镜（AFM）的悬臂感应微注射滴量检测方法，微滴质量的检测结果不受流体粘度等性质影响。检测原理是设计低弹性系数的悬臂，微注射液体加载到其上，产生挠曲，通过AFM探针对悬臂挠曲进行监测，从而将微滴量转化为AFM扫描管电压的偏移量，实现微滴质量检测的目的。本研究首先设计了微注射针拉制装置与压力注射机构，以获取检测对象（微液滴），并对注射针驱动进给机构设计进行实验分析。在数学分析与实验测试的基础上，对悬臂上的微滴注射位置与AFM探针检测位置进行了优化选择。针对检测过程中出现的干扰问题进行了详细探讨分析，采用液体石蜡接收容纳注射微滴，并对系统的砂箱减震台进行进一步改进设计，有效抑制了检测结果中的高频扰动。经过实验测试与理论分析，得出低频干扰源自检测系统采用悬挂式隔震系统而产生的摇摆振动，采取改进系统下端液体阻尼器结构的方法，增大系统的水平阻尼与转动阻尼，提高了低频扰动的衰减率，实现了检测系统在瞬间干扰后的快速稳定。利用检测系统进行了皮升级微注射量的测量实验，得到微滴重量对应的AFM扫描管电压偏移值，并在测得聚酯悬臂弹性模量与几何尺寸的基础上，实现了对微滴量测量结果的计算。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题背景及意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 国内研究现状 |
| 1.3.2 国外研究现状 |
| 1.4 论文的主要研究内容和创新点 |
| 1.4.1 本文主要研究内容 |
| 1.4.2 本文创新点 |
| 第二章 斑马鱼心脏微注射系统方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微注射系统的硬件构建 |
| 2.2.1 微注射系统的硬件组成 |
| 2.2.2 水平位姿调整的旋转电台设计 |
| 2.2.3 体轴位姿调整的旋转执行器设计 |
| 2.3 微注射系统的软件设计 |
| 2.3.1 系统软件设计 |
| 2.3.2 坐标系校准 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 斑马鱼心脏微注射系统图像算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 非全暴露状态下斑马鱼图像处理研究 |
| 3.2.1 图像预处理 |
| 3.2.2 非全暴露状态下斑马鱼的识别与定位 |
| 3.3 全暴露状态下斑马鱼图像处理研究 |
| 3.3.1 斑马鱼水平姿态识别 |
| 3.3.2 深度学习算法识别斑马鱼体轴姿态 |
| 3.3.3 结合P-Tile法和累积帧差法定位斑马鱼心脏 |
| 3.4 执行器末端识别定位研究 |
| 3.4.1 金字塔模板匹配算法定位执行器末端 |
| 3.4.2 接触法定位执行器相对高度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 斑马鱼心脏微注射系统运动控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 斑马鱼全暴露调整控制研究 |
| 4.3 斑马鱼位姿调整控制研究 |
| 4.3.1 斑马鱼水平位姿调整控制研究 |
| 4.3.2 斑马鱼体轴位姿调整控制研究 |
| 4.4 斑马鱼心脏微注射控制研究 |
| 4.4.1 斑马鱼心脏注射控制研究 |
| 4.4.2 自适应抗差Kalman算法抑制视觉反馈野值 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 斑马鱼心脏微注射系统实验研究 |
| 5.1 斑马鱼样本制备 |
| 5.2 微注射系统图像处理实验 |
| 5.2.1 深度学习识别体轴位姿实验 |
| 5.2.2 斑马鱼幼虫心脏定位实验 |
| 5.2.3 执行器末端定位实验 |
| 5.3 微注射系统运动控制实验 |
| 5.3.1 斑马鱼幼虫全暴露调整实验 |
| 5.3.2 斑马鱼幼虫水平位姿调整实验 |
| 5.3.3 斑马鱼幼虫体轴位姿调整实验 |
| 5.3.4 斑马鱼幼虫心脏注射实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间的科研成果 |
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 国内外微注射系统研究现状 |
| 1.2.1 微注射技术概述 |
| 1.2.2 国内外微注射系统与技术研究现状 |
| 1.3 课题来源及主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 显微压电注射系统构筑 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 显微压电注射系统硬件构成 |
| 2.2.1 显微注射系统的特点 |
| 2.2.2 显微压电注射系统构成模块 |
| 2.3 执行机构及其控制单元 |
| 2.3.1 微位移驱动机构 |
| 2.3.2 微注射工具 |
| 2.3.3 压电陶瓷驱动器选析 |
| 2.3.4 微注射器结构设计 |
| 2.4 视觉反馈单元 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 显微压电注射驱动技术研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高动态压电陶瓷驱动电源设计分析 |
| 3.2.1 压电陶瓷驱动器负载特性分析 |
| 3.2.2 高动态复合高压放大电路设计 |
| 3.3 压电陶瓷驱动电源性能测试分析 |
| 3.3.1 稳定性分析及测试 |
| 3.3.2 静态性能的测试 |
| 3.3.3 动态性能的测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于视觉反馈的微注射方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 执行机构的控制方法 |
| 4.2.1 微位移机构的控制 |
| 4.2.2 微压力泵的控制 |
| 4.2.3 压电驱动系统的控制 |
| 4.3 显微视觉伺服系统的研究 |
| 4.3.1 基于图像的视觉伺服控制 |
| 4.3.2 图像预处理 |
| 4.3.3 微注射针的识别跟踪与深度信息获取 |
| 4.3.4 复合微注射方法的实现 |
| 4.4 人机交互界面设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 显微压电注射实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 显微压电注射实验平台搭建 |
| 5.3 注射针尖横向振动分析 |
| 5.3.1 注射针尖横向振动模型 |
| 5.3.2 注射针尖横向振动实验及分析 |
| 5.4 显微注射实验结果 |
| 5.4.1 不同注射方法微注射实验 |
| 5.4.2 细胞不同位置微注射实验 |
| 5.4.3 胚胎干细胞与 ICSI 注射实验 |
| 5.4.4 压电式复合注射破膜率实验及分析 |
| 5.4.5 实验注意事项 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间科研成果 |
| 附录A |
| 附录B |
| 致谢 |
| 0 引 言 |
| 1 显微注射技术研究现状 |
| 1.1 现有显微注射系统的组成 |
| 1.2 国外研究现状 |
| 1.3 国内研究现状 |
| 2 自动化显微注射技术的现状分析与展望 |
| 2.1 自动化显微注射系统结构 |
| 2.2 微注射针进针机构 |
| 2.3 微注射量精确控制技术 |
| 3 结 论 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 细胞微注射技术简介 |
| 1.2 细胞微注射系统国内外研究现状 |
| 1.3 自动化细胞微注射研究热点及难点 |
| 1.3.1 细胞注射用的微针制作技术 |
| 1.3.2 细胞搜索与定位技术 |
| 1.3.3 微注射量控制技术 |
| 1.4 论文选题意义与研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 论文术语 |
| 1.4.3 论文结构与研究内容 |
| 2 自动化细胞微注射中器件的制备 |
| 2.1 选材与加工 |
| 2.2 玻璃热成型原理 |
| 2.3 基于玻璃热成型的微器件制备基础工艺 |
| 2.3.1 拉制 |
| 2.3.2 锻制 |
| 2.3.3 磨制 |
| 2.4 细胞注射针与持卵针的改进 |
| 2.4.1 注射针与持卵针的设计 |
| 2.4.2 注射针与持卵针的制作 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 自动化细胞微注射中微操作的实验研究 |
| 3.1 微细压力控制实验研究 |
| 3.1.1 微细压力控制目的 |
| 3.1.2 微细压力控制方案 |
| 3.1.3 微细压力控制实验 |
| 3.2 细胞输送实验研究 |
| 3.2.1 细胞输送目的 |
| 3.2.2 细胞输送原理 |
| 3.2.3 细胞输送实验 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 自动化细胞注射中微注射的实验研究 |
| 4.1 细胞微注射针的自动定位系统 |
| 4.1.1 微注射针自动定位系统设计 |
| 4.1.2 微注射针自动定位软件 |
| 4.1.3 微注射针自动定位实验 |
| 4.2 微注射量的控制实验 |
| 4.2.1 定量注射的实验原理 |
| 4.2.2 定量注射实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 猪卵母细胞微注射实验 |
| 5.1 实验系统搭建 |
| 5.2 实验过程 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A:实验使用仪器 |
| 附录B:实验动物、试剂及耗材 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 细胞工程概述 |
| 1.2 细胞微注射技术 |
| 1.2.1 细胞微注射技术起源 |
| 1.2.2 细胞微注射技术在动物细胞工程中的应用 |
| 1.2.3 细胞微注射技术特点 |
| 1.3 论文课题背景、意义与研究现状 |
| 1.3.1 背景及意义 |
| 1.3.2 国内外研究现状 |
| 1.4 研究内容 |
| 第2章. 注射量控制系统的设计 |
| 2.1 常见的微量注射系统 |
| 2.2 微流体驱动系统简介 |
| 2.2.1 机械驱动系统 |
| 2.2.2 非机械驱动系统 |
| 2.3 驱动方式的选择 |
| 2.4 驱动原理及结构设计 |
| 2.4.1 压电晶体及压电驱动 |
| 2.4.2 临界喷射条件 |
| 2.4.3 压电驱动装置的结构设计 |
| 2.4.4 压电陶瓷及驱动电源的选择 |
| 2.5 注射量测量实验 |
| 2.5.1 设计方案可行性实验 |
| 2.5.2 流量精确测量实验 |
| 第3章 推针机构的设计 |
| 3.1 精密驱动的实现方式 |
| 3.2 微位移驱动方案设计 |
| 3.2.1 常见的微位移驱动方式 |
| 3.2.2 方案确定 |
| 3.3 电动平移台选型及控制驱动设计 |
| 3.3.1 平移台的选购 |
| 3.3.2 驱动与控制 |
| 3.3.3 运动控制的分辨率 |
| 第4章 控制系统设计 |
| 4.1 细胞注射过程简介 |
| 4.2 细胞刺入过程的力控制 |
| 4.2.1 采用力控制的原因 |
| 4.2.2 扎破细胞阶段控制过程——工作台建模 |
| 4.2.3 扎细胞过程中的进针系统仿真 |
| 4.3 注射中f_d力曲线分析的获取 |
| 4.4 控制电路设计与编程 |
| 4.4.1 系统的硬件结构 |
| 4.4.2 进针平台控制算法设计 |
| 4.4.3 控制电路的硬件设计 |
| 4.5 压电陶瓷驱动电压控制程序基础 |
| 4.6 上位机相关功能 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 细胞工程 |
| 1.1.2 细胞内外源物质导入技术 |
| 1.2 细胞注射概念与系统组成 |
| 1.2.1 细胞注射定义及分类 |
| 1.2.2 细胞注射起源与发展 |
| 1.2.3 细胞注射操作特点 |
| 1.2.4 现有细胞注射系统结构与功能组成 |
| 1.3 细胞注射系统与技术的国内外研究现状 |
| 1.3.1 细胞注射系统国外研究现状 |
| 1.3.2 细胞注射系统国内研究现状 |
| 1.3.3 微流体驱动控制技术现状 |
| 1.3.4 细胞刺膜技术现状 |
| 1.4 自动化细胞注射研究热点及难点 |
| 1.4.1 自动化细胞注射系统结构 |
| 1.4.2 细胞搜索与定位技术 |
| 1.4.3 细胞位置与姿态调整技术 |
| 1.4.4 微注射针快速进给与精确定位技术 |
| 1.4.5 微注射量精确控制技术 |
| 1.5 选题意义与研究内容 |
| 1.5.1 选题意义与课题来源 |
| 1.5.2 研究内容、技术路线及主要工作 |
| 1.5.3 论文内容与结构安排 |
| 2 细胞自动补给实验研究 |
| 2.1 细胞自动补给研究目的 |
| 2.2 细胞自动补给技术 |
| 2.2.1 基本思想 |
| 2.2.2 前期研究 |
| 2.2.3 细胞自动补给驱动方式 |
| 2.2.3.1 微流体数字化技术基本概念与方法 |
| 2.2.3.2 微流体数字化技术原创特征 |
| 2.3 细胞自动补给仪的研制 |
| 2.3.1 细胞自动补给仪工作原理 |
| 2.3.2 细胞自动补给仪设计 |
| 2.4 细胞自动补给仪原理验证与性能测试实验 |
| 2.4.1 驱动原理验证实验 |
| 2.4.1.1 补给微管道内脉冲微流动 |
| 2.4.1.2 补给微管道端口处数字化微喷射 |
| 2.4.2 驱动性能测试实验 |
| 2.4.2.1 驱动电压与流量关系 |
| 2.4.2.2 驱动频率与流量关系 |
| 2.5 小鼠卵母细胞自动补给应用实验 |
| 2.5.1 小鼠卵母细胞制备与选用 |
| 2.5.2 细胞补给实验系统及微管道制备 |
| 2.5.3 自动补给实验 |
| 2.5.3.1 补给微管道内部运动情形 |
| 2.5.3.2 补给微管道端口处运动情形 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 细胞位姿调节技术与实验研究 |
| 3.1 细胞位姿调节技术研究意义 |
| 3.1.1 细胞姿态调整需求分析 |
| 3.1.2 细胞姿态调整现状 |
| 3.1.3 细胞位姿调节技术研究目的 |
| 3.2 细胞位姿调节技术 |
| 3.2.1 细胞微操作方式选择 |
| 3.2.2 细胞位姿调节难点 |
| 3.2.3 细胞位姿调节基本思想 |
| 3.3 细胞位姿调节机理 |
| 3.3.1 细胞模型及特征平面定义 |
| 3.3.2 第一平面内细胞旋转运动 |
| 3.3.3 第二平面内细胞翻滚运动 |
| 3.3.4 第三平面内末端执行器转动 |
| 3.4 细胞位姿调节技术控制模型 |
| 3.4.1 末端执行器内管流控制模型 |
| 3.4.1.1 物理模型与基本假设 |
| 3.4.1.2 控制方程 |
| 3.4.1.3 模型求解 |
| 3.4.2 末端执行器外射流控制模型 |
| 3.4.2.1 末端执行器外射流结构 |
| 3.4.2.2 物理模型 |
| 3.4.2.3 单射流滚动模型控制方程 |
| 3.4.2.4 单射流滚动模型仿真 |
| 3.4.2.5 单射流滚动模型仿真结果与验证 |
| 3.4.2.6 双射流旋转模型仿真结果与验证 |
| 3.5 细胞位姿调节实验 |
| 3.5.1 细胞位姿调节实验系统 |
| 3.5.2 末端执行器制备 |
| 3.5.3 细胞位姿调节典型操作方式 |
| 3.5.3.1 平动转移 |
| 3.5.3.2 翻转调姿 |
| 3.5.3.3 旋转变位 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 数字化进退针装置研究 |
| 4.1 微注射针刺膜运动性能分析 |
| 4.2 数字化进退针装置驱动方式选择 |
| 4.2.1 微进给机构与驱动 |
| 4.2.2 数字化进退针装置驱动方案提出 |
| 4.3 数字化进退针装置运动原理 |
| 4.3.1 工作机理 |
| 4.3.2 动力学模型建立 |
| 4.3.3 动力学模型求解与结果讨论 |
| 4.3.3.1 动力学模型求解 |
| 4.3.3.2 结果与讨论 |
| 4.3.4 性能汇总与比较 |
| 4.4 数字化进退针装置研制 |
| 4.4.1 数字化进退针装置设计 |
| 4.4.2 压电驱动系统选择 |
| 4.4.3 数字化进退针装置及驱动系统 |
| 4.5 数字化进退针装置性能测试实验 |
| 4.5.1 性能影响因素分析 |
| 4.5.2 性能测试实验系统 |
| 4.5.3 实验结果与分析 |
| 4.5.3.1 驱动电压对进给精度影响 |
| 4.5.3.2 驱动频率对进给量影响 |
| 4.5.3.3 移动块正压力对位移量的影响 |
| 4.5.4 误差分析 |
| 4.6 数字化进退针装置在细胞注射中应用 |
| 4.6.1 数字化刺膜实验装置 |
| 4.6.2 数字化刺膜实验 |
| 4.6.3 实验结果与讨论 |
| 4.6.3.1 驱动电压对实验效率影响 |
| 4.6.3.2 驱动频率对实验效率影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 数字化微注射仪研制 |
| 5.1 研究意义与目的 |
| 5.1.1 细胞注射用微注射器 |
| 5.1.2 数字化微注射仪研制目的 |
| 5.2 数字化微注射仪样机 |
| 5.3 数字化微注射仪性能测试实验 |
| 5.3.1 微注射针尺寸检测 |
| 5.3.2 微液滴尺寸检测 |
| 5.3.3 结果与分析 |
| 5.4 数字化微注射效果验证实验 |
| 5.4.1 实验准备 |
| 5.4.2 数字化微注射 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 自动化细胞注射验证实验研究 |
| 6.1 验证实验研究意义 |
| 6.2 “多操作手分立式”细胞注射实验系统 |
| 6.2.1 系统功能模块 |
| 6.2.2 系统装置组成 |
| 6.3 自动化细胞注射验证实验 |
| 6.3.1 实验步骤与控制流程 |
| 6.3.2 小鼠卵母细胞自动化注射实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 创新点归纳 |
| 7.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文 |
| 攻读博士学位期间申请专利 |
| 攻读博士学位期间参与科研项目 |
| 附录A:实验使用仪器 |
| 附录B:实验动物、试剂及耗材 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 图表目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 细胞工程概述 |
| 1.2 细胞微注射技术 |
| 1.2.1 细胞微注射技术起源 |
| 1.2.2 细胞微注射技术特点 |
| 1.2.3 细胞微注射技术在动物细胞工程中的应用 |
| 1.2.4 细胞微注射技术中的注射量控制技术 |
| 1.3 微流体数字化技术 |
| 1.4 课题来源及研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 2 细胞注射显微操作针的制备及测量 |
| 2.1 细胞操作微针材料选择 |
| 2.1.1 微针材料要求 |
| 2.1.2 微针材料选择 |
| 2.2 细胞注射显微操作针的制备 |
| 2.2.1 微注射对微针参数的具体要求 |
| 2.2.2 微针的制备工艺 |
| 2.3 细胞注射微针的后处理 |
| 2.3.1 细胞注射微针表面改性 |
| 2.3.2 细胞注射微针清洗 |
| 2.4 细胞注射实验用微注射针测量 |
| 2.4.1 微注射针测量方法 |
| 2.4.2 图像处理测量 |
| 2.5 小结 |
| 3 数字化微注射仪性能的实验研究 |
| 3.1 数字化微注射仪进退针性能测试 |
| 3.1.1 数字化微注射仪的进针性能测试 |
| 3.1.2 数字化微注射仪的退针性能测试 |
| 3.2 数字化微注射仪注射量检测及注射性能测试 |
| 3.2.1 数字化微注射量的检测 |
| 3.2.2 数字化微注射仪的注射性能测试 |
| 3.3 微流体数字化微注射量控制 |
| 3.3.1 微注射量影响因素 |
| 3.3.2 定量注射参数选择 |
| 3.4 小结 |
| 4 细胞微注射实验研究 |
| 4.1 细胞注射方法比较 |
| 4.1.1 传统手动微注射 |
| 4.1.2 微流体数字化微注射 |
| 4.2 数字化微注射操作对象细胞的选用以及制备过程 |
| 4.2.1 细胞微操作研究意义 |
| 4.2.2 微操作对象细胞的制备过程 |
| 4.3 针对不同类型细胞的注射实验 |
| 4.3.1 昆明小鼠卵细胞注射实验 |
| 4.3.2 猪卵细胞的注射实验 |
| 4.3.3 鲫鱼卵细胞的注射实验 |
| 4.4 注射荧光标记物的细胞的分析 |
| 4.4.1 荧光染料的早期应用和发展 |
| 4.4.2 荧光显微镜下细胞内注射标记物的荧光检测 |
| 4.5 小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 细胞工程概述 |
| 1.2 细胞微操作技术 |
| 1.2.1 细胞微注射技术 |
| 1.2.2 细胞微注射装备 |
| 1.3 课题来源及研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 2 基于微流体数字化技术的数字化细胞微注射仪设计 |
| 2.1 微流体数字化技术 |
| 2.2 压电驱动器 |
| 2.2.1 压电与电致伸缩效应 |
| 2.2.2 机构移动原理 |
| 2.3 移动原理分析 |
| 2.4 数字化细胞微注射仪设计 |
| 2.4.1 微注射仪结构组成及基本原理 |
| 2.4.2 压电陶瓷选型及关键部件参数确定 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 数字化细胞微注射仪进退针位移特性测试 |
| 3.1 数字化细胞微注射仪位移特性测试实验系统 |
| 3.2 注射角度的确定 |
| 3.3 微注射仪可调因素对进退针位移特性的影响 |
| 3.3.1 倾斜角度对进退针位移特性的影响 |
| 3.3.2 弹簧预紧力对进退针位移特性的影响 |
| 3.4 驱动波形的选择 |
| 3.5 驱动电压与频率对进退针位移特性的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 数字化细胞微注射仪实验研究 |
| 4.1 注射波形的选择 |
| 4.2 数字化细胞微注射实验系统 |
| 4.2.1 数字化细胞微注射的特点 |
| 4.2.2 实验系统的组成 |
| 4.3 实验结果及分析讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 拉针仪设计及原理实验研究 |
| 5.1 微针参数要求 |
| 5.2 拉针仪方案设计 |
| 5.2.1 微针材料的选择 |
| 5.2.2 拉针仪拉制原理 |
| 5.3 拉针仪设计方案验证实验及优化 |
| 5.3.1 实验系统的搭建 |
| 5.3.2 微针拉制参数的控制 |
| 5.3.3 微针拉制工艺的优化设计 |
| 5.3.4 设计方案评估及优化 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| CONTENTS |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 本课题的研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 微滴量检测技术的现状 |
| 1.2.2 微质量检测技术国内外发展状况 |
| 1.2.3 微滴实现技术的现状 |
| 1.3 现有检测方法存在的问题及本研究的难点 |
| 1.4 课题来源与主要的研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 主要研究工作 |
| 第二章 微滴检测系统的设计方案与分析 |
| 2.1 悬臂微滴量检测方案与系统组成 |
| 2.1.1 微滴量检测原理 |
| 2.1.2 检测系统的组成 |
| 2.2 原子力显微镜的工作原理及其在微滴检测中的应用 |
| 2.3 基于悬臂弯曲的微滴量信号的检测转化 |
| 2.4 检测与注射的点位设计 |
| 2.4.1 微滴加载静态响应输出 |
| 2.4.2 自由弯曲的动态响应 |
| 2.4.3 检测信噪比分析 |
| 2.4.4 注射与检测位置的确定 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 微滴注射及其定位装置 |
| 3.1 微滴发生装置设计 |
| 3.1.1 微注射针拉制装置 |
| 3.1.2 注射器压力驱动装置 |
| 3.2 微注射针定位驱动装置 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 微滴量初测及检测过程干扰信号的研究探讨 |
| 4.1 初步检测纳升量微滴 |
| 4.2 高频干扰信号的分析与对策 |
| 4.2.1 液体蒸发的扰动 |
| 4.2.2 基础振动干扰 |
| 4.3 低频扰动分析讨论与抑制 |
| 4.3.1 低频扰动的根源因素 |
| 4.3.2 低频摆动运动分析 |
| 4.3.3 水平上不同方向摇摆的影响 |
| 4.3.4 致低频扰动的实质 |
| 4.3.5 弹簧悬挂-液体阻尼减震的改进 |
| 4.3.6 减震机构振动测试 |
| 4.4 系统改进后注射检测试验 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 皮升量微滴注射检测实验 |
| 5.1 悬臂材料的弹性模量 |
| 5.1.1 自由滴加载测试悬臂弹性 |
| 5.1.2 悬臂自由振动频率测试 |
| 5.2 皮升级微滴检测实验 |
| 5.2.1 微滴检测悬臂的尺寸确定 |
| 5.2.2 微滴注射接收池 |
| 5.2.3 微针浸入的判断 |
| 5.2.4 注射检测过程与结果 |
| 5.3 小结 |
| 结论与展望 |
| 一.结论 |
| 二.展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
