試驗用凍干顯微鏡的設(shè)計開題報告.doc

1畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：試驗用凍干顯微鏡的設(shè)計系別機(jī)電信息系專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級姓名學(xué)號導(dǎo)師2012年12月20日21.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）真空冷凍干燥在制冷或干燥行業(yè)內(nèi)，常被稱為冷凍真空干燥（簡稱凍干），首先是將含水物質(zhì)低溫凍結(jié)，然后使凍結(jié)物質(zhì)中的水分在真空狀態(tài)下直接升華而干燥。這樣干燥后的物質(zhì)，其物理、化學(xué)和生物性狀基本不變，物質(zhì)中的揮發(fā)成分和營養(yǎng)成分損失很小，避免了生物制品的受熱變性，最大限度地保持了生物組織的活性。凍干后的物質(zhì)呈多孔狀，其體積與凍干前基本相同，加水后能很快地復(fù)原，密封包裝后可以較長時間的保存。冷凍干燥已經(jīng)在食品保存、生物制藥等方面得到了廣泛應(yīng)用。由于冷凍干燥產(chǎn)品的獨(dú)特長處，人們一直努力將凍干技術(shù)應(yīng)用于哺乳動物細(xì)胞的長期保存，并在最近幾年取得了重大進(jìn)展。與冷凍過程相比，凍干過程的物理機(jī)理更為復(fù)雜。為了更好地優(yōu)化凍干流程的參數(shù)，使用各種儀器進(jìn)行研究十分有必要，其中凍干顯微鏡就是一種十分有效的工具。凍干技術(shù)大約出現(xiàn)在1811年，當(dāng)時用于生物體的脫水。1813年美國人W.H.沃拉斯頓(Wollaston)發(fā)現(xiàn)水的飽和蒸氣壓與水的溫度有關(guān)：在真空條件下，水容易汽化，水在汽化時將導(dǎo)致溫度的降低。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，沙克爾(Shackell)于1909年試驗用冷凍干燥的方法保存菌種、病毒和血清，取得較好的效果，使真空冷凍干燥技術(shù)得到了實際的應(yīng)用?，F(xiàn)有用于研究的凍干顯微鏡的類型按供冷方式可分為兩類：液氮供冷（最低溫度-196）和半導(dǎo)體制冷（最低溫度-60）。Steven等研制的半導(dǎo)體制冷凍干顯微鏡室溫下凍干臺可達(dá)最低溫度-50。下圖給出了凍干臺的構(gòu)造3作為采用液氮供冷的代表，Linkam公司的FDCS196型凍干顯微鏡是商業(yè)產(chǎn)品中技術(shù)較為成熟的，F(xiàn)DCS196主要組成部分包括：顯微鏡、凍干臺、控溫儀、液氮泵、真空泵、皮拉尼真空計。凍干顯微鏡的主要用途在于：（1）通過圖像分析測量各種溶液及細(xì)胞懸浮液的塌陷溫度；（2）觀察復(fù)雜系統(tǒng)凍干過程中的結(jié)構(gòu)變化。目前國內(nèi)對凍干顯微鏡研究的報道基本沒有。浙江大學(xué)制冷與低溫研究所張紹志、周新麗、陳光明曾設(shè)計了一套凍干顯微鏡系統(tǒng)。此套凍干顯微鏡的凍干臺是組合式的，主體包括五塊銅塊、兩個熱電模塊、真空罩子以及保護(hù)氣罩子。冷源是液氮，由放在液氮瓶內(nèi)的加熱器加熱變?yōu)槔涞獨(dú)猓涞獨(dú)饫鋮s銅塊，銅塊再冷卻放在其上面的熱電模塊。通過控制冷氮?dú)獾墓?yīng)量可以控制樣品溫度的高低。凍干過程的觀察主要集中于一次干燥階段，持續(xù)時間長。通過計算機(jī)圖像分析軟件處理得到升華界面的大體位置，從而調(diào)節(jié)載物臺位置以方面跟蹤觀察結(jié)果。該凍干顯微系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于：1）可以控制冷卻過程中的降溫速度；2）能夠跟蹤升華界面作長時間的觀察。2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：（1）了解冷凍干燥技術(shù)的特點(diǎn)；（2）了解數(shù)凍干顯微鏡的運(yùn)用；（3）明確數(shù)凍干顯微鏡的結(jié)構(gòu)工藝及特點(diǎn)（包括選擇合適的干燥室，捕水器，其余零部件的設(shè)計）；（4）完成試驗用凍干顯微鏡的設(shè)計文件。2.2研究步驟、方法及措施：（1）對凍干顯微鏡理論原理進(jìn)行分析；（2）具體設(shè)計顯微鏡的主體，如捕水器的選擇、干燥室的選擇、選擇軸的材料和熱處理等；4（3）處理特殊的工藝問題，如齒輪傳動方向的確定、軸上零件的固定和定位、微調(diào)齒輪的設(shè)計等。3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作3.1本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)：（1）擬定設(shè)計方案，確定設(shè)計路線和設(shè)計內(nèi)容，選擇合適的干燥室、捕水器等；（2）選擇合適的軸的材料及熱處理，以及對一些特殊的工藝問題的考慮；（3）凍干顯微鏡工藝性分析及裝配；（4）設(shè)計指定工序的零件；（5）研究被觀測物在凍干過程中冰升華時遮擋物鏡的解決方法。3.2前期已開展工作：（1）明確設(shè)計要求，查閱文獻(xiàn)，收集相關(guān)資料，撰寫開題報告（2)零件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求分析4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃（按周次填寫）1-2周：查找資料，熟悉課題3-5周：總體方案的設(shè)計6-9周：完