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基于超声振动的细胞培养皿微型腔填充性能的研究

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基于超声振动的细胞培养皿微型腔填充性能的研究

作者：蒋天明大连理工大学

学位级别：硕士

微注塑成型以其可实现高效率、低成本、大批量自动化生产微型制件等优点,在微机电领域获得广泛应用。但微型制件成型过程中因模具型腔整体或局部特征尺寸微小,使聚合物熔体的充模流动十分困难,尤其当制件的结构复杂时,熔体填充微模具型... 详细信息

微注塑成型以其可实现高效率、低成本、大批量自动化生产微型制件等优点,在微机电领域获得广泛应用。但微型制件成型过程中因模具型腔整体或局部特征尺寸微小,使聚合物熔体的充模流动十分困难,尤其当制件的结构复杂时,熔体填充微模具型腔时的流动阻力将会成倍增加,极易引发微型制件填充不完整等质量缺陷,严重影响微制件的成型质量。本文在深入分析微注塑成型特点和超声振动在聚合物成型加工领域研究现状的基础上,提出将超声振动应用到微注塑成型中,借助超声外场的高频振动作用产生的热及机械等效应来降低聚合物熔体的粘度,从而改善其充模流动性能。首先以生物医学领域应用的带有复杂结构的细胞培养皿微型制件为对象,设计制造了具有超声振动功能的微注塑成型模具,实现了微注塑成型系统与超声振动系统的有效集成。然后,应用所设计的细胞培养皿超声辅助微注塑成型模具,以HDPE和PP两种聚合物材料,进行了施加和不加超声振动的单因素和正交成型实验,研究了工艺参数和超声参数变化,对微模具型腔填充性能的影响关系。结果显示,不加超声振动时,除增大注射速率使PP材料的微型腔填充率稍有降低外,增大其他工艺参数均可使HDPE和PP材料的微型腔填充率明显增加;而施加超声振动时,当超声功率一定,而超声频率分别为20KHz、25KHz和30KHz时,HDPE的微型腔填充率均随着超声功率的增加而增加,PP材料则除了在超声频率为25KHz时,其微型腔填充率随着超声功率的增加而增加外,其余两种频率下,其微型腔填充率是随着超声功率的增加而先增大后减小,分析认为这是由于超声振动引起PP材料的结晶和解取向程度增加,导致制件的体积收缩增大,进而使其微型腔填充率下降。最后,通过对填充型腔的熔体温度和压力的测量,分析了超声外场的热效应和机械效应对聚合物熔体填充流动行为作用机理。通过X射线衍射、红外光谱扫描、偏光显微镜等微观测试分析,研究了超声外场作用对制件成型过程中的分子结晶、取向和降解的影响规律。分析结果表明,超声振动产生的热效应使聚合物熔体分子链的活性和热运动增强,熔体温度升高;超声振动以声压的形式叠加于熔体流动方向的剪切力场,相当于对熔体施加一个脉动冲击作用力,加速了大分子充模流动,使熔体在流动过程中的压力损失减少;超声产生的高频剪切振动会使大分子链断裂,引起聚合物产生不可逆的化学降解,这些作用都会使熔体粘度降低,有利于微型腔填充率的增加。

关键词：超声振动工艺参数微模具型腔细胞培养皿超声作用机理

不同细胞培养皿对激光共聚焦显微镜成像效果的影响

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国际生物医学工程杂志 2012年第3期35卷 177-180,I0005,I0006页

作者：庞丽云王海刘焕来徐毓琪朱敦皖中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

目的探讨3种不同玻片厚度的激光共聚焦专用细胞培养皿制备的细胞样品在激光共聚焦显微镜（CLSM）下采集的荧光染色图像差异.方法通过活细胞及固定后细胞荧光染色实验,采用激光共聚焦显微镜观察细胞形态及荧光亮度,检测不同条件下成像... 详细信息

目的探讨3种不同玻片厚度的激光共聚焦专用细胞培养皿制备的细胞样品在激光共聚焦显微镜（CLSM）下采集的荧光染色图像差异.方法通过活细胞及固定后细胞荧光染色实验,采用激光共聚焦显微镜观察细胞形态及荧光亮度,检测不同条件下成像的平均荧光强度,考察3种厚度玻片（0.085～0.13、0.13～0.16、0.16～0.19mm）的激光共聚焦专用细胞培养皿之间显微成像的差异.结果在观察活细胞线粒体和固定细胞骨架时,玻片厚度为0.13～0.16 mm的皿荧光成像清晰效果均表现为最好,玻片厚度为0.16～0.19mm的皿次之,玻片厚度为0.085～0.13 mm的皿较差.结论玻片厚度对激光共聚焦显微镜成像效果有明显的影响,玻片厚度为0.13～0.16 mm的培养皿其细胞形态舒展,染色后细胞骨架清晰,荧光强度最强,成像效果最佳.

关键词：细胞培养皿激光共聚焦显微镜荧光染色

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超声外场对微模具型腔填充性能的影响

高分子材料科学与工程 2015年第5期31卷 99-104页

作者：于同敏武永强蒋天明大连理工大学模塑制品教育部工程研究中心辽宁大连116023

针对微模具型腔填充困难问题,以细胞培养皿微型制件为对象,设计制造了具有抽真空排气和超声振动功能的微注塑模具。采用单因素短射成型实验方法,研究了高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)材料,在不加和施加超声振动时,熔体温度与模具温度... 详细信息

针对微模具型腔填充困难问题,以细胞培养皿微型制件为对象,设计制造了具有抽真空排气和超声振动功能的微注塑模具。采用单因素短射成型实验方法,研究了高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)材料,在不加和施加超声振动时,熔体温度与模具温度、注射压力及注射速度变化对微模具型腔填充率的影响规律。结果显示,不同工艺参数条件下,施加超声振动比不加超声振动时2种材料的微型腔填充率均明显提高;当改变熔体温度时,施加超声振动比不加超声使HDPE材料的微型腔填充率平均提高了10.14%,PP材料平均提高了6.28%。而工艺参数一定时,增大超声功率也使微型腔填充率增加;超声功率增加到300W时,HDPE材料的微型腔填充率提高了10.12%,PP材料提高了4.98%。这表明施加超声外场作用能够促进聚合物熔体流动,提高微模具型腔填充率。

关键词：细胞培养皿微型腔填充率单因素实验超声外场工艺参数

DC-6GHz同轴电磁辐射腔传输特性的探索

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激光杂志 2017年第4期38卷 49-52页

作者：王诗棋陈鹏大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

利用CST软件设计了一种基于锥形同轴过渡结构的电磁辐射腔,内外导体采用聚四氟乙烯介质进行支撑,在宽频信号源的激励下,电磁辐射腔内部产生任意频率TEM模式的电磁场,将细胞培养皿装置放于内外导体之间(电磁辐射区),从而实现对细胞的电... 详细信息

利用CST软件设计了一种基于锥形同轴过渡结构的电磁辐射腔,内外导体采用聚四氟乙烯介质进行支撑,在宽频信号源的激励下,电磁辐射腔内部产生任意频率TEM模式的电磁场,将细胞培养皿装置放于内外导体之间(电磁辐射区),从而实现对细胞的电磁辐射实验。通过理论分析与软件仿真,对电磁辐射腔的过渡结构进行优化,在DC-6GHz频率范围内,S11均在-10dB以下。

关键词：电磁辐射系统锥形同轴细胞培养皿 S参数

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毫米波体外细胞实验SAR分布阶梯误差研究

毫米波体外细胞实验SAR分布阶梯误差研究

作者：王改芳西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着科学技术的快速发展,各种通讯设备广泛应用到人们的生活中,基于毫米波较大的频率范围和宽带宽的固有优点,以及在这个带宽内大功率源的可利用性,毫米波逐渐的应用到无线通讯设备、目标报警设备、环境监控装置、远程传感系统... 详细信息

近年来,随着科学技术的快速发展,各种通讯设备广泛应用到人们的生活中,基于毫米波较大的频率范围和宽带宽的固有优点,以及在这个带宽内大功率源的可利用性,毫米波逐渐的应用到无线通讯设备、目标报警设备、环境监控装置、远程传感系统等方面。然而,使用各种高科技产品产生的电磁效应也改变了我们赖以生存的环境,对人类的健康以及其他生物体产生了一些积极或消极的影响。因此,毫米波在生物电磁效应方面的应用研究越来越广泛,例如应用在眼角膜辐射剂量研究和皮肤癌检测等医学治疗方面。本文采用毫米波体外细胞实验剂量学研究,完成了以下三部分工作:(1)使用XFDTD软件构造常见的带有半月面规格的直径为35mm的细胞培养皿模型,基于计算机资源的可利用性,预先选择0.125mm的网格分辨率,并采用常见的通讯频率42.3GHz和61.2GHz对模型进行仿真和分析,利用入射波在电场平面和磁场平面电场的奇偶对称性,用两个对称边界将问题空间优化为原来尺寸的四分之一,并对天线的位置和旋转参数做了相应的调整,得出0.125mm分辨率的体元尺寸可以提供合适且高精度的场。(2)在频率为60.5GHz、幅值为1V/m的毫米波下,采用平面波照射和天线照射两种激励源,对细胞培养液进行辐射仿真和计算,使用细胞SAR分布作为剂量研究,分析不同传播方向和极化方向下细胞SAR的分布,考虑细胞的照射均匀性和辐射效率,确定选择入射波从培养皿底部向上照射为最优的入射方式,通过仿真计算得到细胞SAR分布图。接下来,根据入射波在不同材质分界面的散射理论,通过分析得出入射波在细胞培养皿底盘和空气之间的分界面以及细胞培养皿底盘和细胞培养液之间的分界面上出现的散射波,是细胞SAR分布照射不均匀性的主要原因。(3)为了抑制细胞与空气层边界的SAR分布阶梯误差,我们将影响阶梯误差的入射波极化角度和网格分辨率这两个因素都调整到最优,并设计了面积补偿算法和局部模型优化方法进行阶梯误差修正。在面积补偿算法中,通过观察将细胞层网格和空气层网格各自分成三种类型,根据每种网格类型所在的位置和角度范围,采用每种类型细胞网格各自的面积误差补偿方式进行误差修正,并制作0.125mm分辨率下角度范围为oo900-的培养皿模型阶梯误差面积补偿修正系数表。对于局部模型优化算法,以待误差修正的细胞网格为中心,截取××1633网格大小的模型,设置局部模型分辨率为0.014mm,在相同的辐照系统下进行仿真和计算,将0.014mm分辨率模型的中心网格SAR值作为待修正细胞的准确SAR值进行修正,有效抑制了细胞SAR分布阶梯误差。

关键词：毫米波细胞培养皿有限差分方法比吸收率阶梯误差

基于过孔波导的毫米波近场辐照系统设计与研究

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基于过孔波导的毫米波近场辐照系统设计与研究

作者：郭瑞梅西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着科学技术的发展,人们对各种毫米波体外辐照装置进行探索和研究并不断改善其结构。本文设计了一种用于细胞辐照实验的60GHz的毫米波体外辐照装置,并且研究了以效率和均匀性为代表的辐照剂量。其中辐照系统构建采用的是过孔波... 详细信息

近年来,随着科学技术的发展,人们对各种毫米波体外辐照装置进行探索和研究并不断改善其结构。本文设计了一种用于细胞辐照实验的60GHz的毫米波体外辐照装置,并且研究了以效率和均匀性为代表的辐照剂量。其中辐照系统构建采用的是过孔波导技术,建模采用的是自适应网格,研究方法采用的是毫米波体外细胞实验数值剂量学方法,论文完成了以下三部分工作:首先设计了一个毫米波辐照系统。这个系统是基于一个介质基片集成的,介质基片是通过印制电路板技术制作。在介质基片的上下表面覆盖一层金属片。在基片中制作两列按照一定距离排列的金属化通孔和耦合阵列。毫米波经过两列耦合孔在介质基片中传输,并通过耦合阵列间隙散射。在耦合阵列上表面加载一个常规培养皿模型。同时用两个对称边界将问题空间优化为原来尺寸的1/4。然后对培养液细胞的比吸收率(SAR)进行仿真。通常辐照系统的网格分辨率在0.125mm左右是可行的。为了提高计算结果的精度,本文采用自适应网格,其中计算空间使用0.1mm的网格分辨率,对不需要结果的周围空间使用0.5mm的网格分辨率。入射波选用频率为60GHz和幅值为1V/m的毫米波。激励源采用离散源,源阻抗为50欧姆。对辐照系统进行仿真,通过观察细胞培养液的SAR分布来分析辐射效率。最后对培养液细胞层的SAR分布进行优化。通过140个周期的仿真我们得到细胞培养液表面SAR分布的相对标准偏差为120%。为了减小SAR分布的相对标准偏差,我们将影响分布的因素进行研究并调整到最优。首先考虑计算周期不足导致SAR结果不正确。增加计算周期,得到最稳定的计算周期为1000个。然后考虑培养皿底座厚度影响SAR分布,在保证SAR均值变化程度不大的条件下,调整培养皿底座厚度来减小SAR分布相对标准偏差,得到最佳培养皿底座厚度为4.5mm。最后,我们考虑到培养皿底座相对介电常数对SAR分布的影响,得到最佳的培养皿底座相对介电常数为2.17。优化得到的培养液细胞层SAR分布的相对标准偏差为75%。

关键词：毫米波细胞培养皿时域有限差分法比吸收率过孔波导技术

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毫米波体外细胞实验SAR分布研究

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