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试验
用冻干
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毕业设计(论文)开题报告题目：试验用冻干显微镜的设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年12月20日1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 真空冷冻干燥在制冷或干燥行业内，常被称为冷冻真空干燥（简称冻干），首先是将含水物质低温冻结，然后使冻结物质中的水分在真空状态下直接升华而干燥。这样干燥后的物质，其物理、化学和生物性状基本不变，物质中的挥发成分和营养成分损失很小，避免了生物制品的受热变性，最大限度地保持了生物组织的活性。冻干后的物质呈多孔状，其体积与冻干前基本相同，加水后能很快地复原，密封包装后可以较长时间的保存。冷冻干燥已经在食品保存、生物制药等方面得到了广泛应用。由于冷冻干燥产品的独特长处，人们一直努力将冻干技术应用于哺乳动物细胞的长期保存，并在最近几年取得了重大进展。与冷冻过程相比，冻干过程的物理机理更为复杂。为了更好地优化冻干流程的参数，使用各种仪器进行研究十分有必要，其中冻干显微镜就是一种十分有效的工具。冻干技术大约出现在1811年，当时用于生物体的脱水。1813年美国人W.H.沃拉斯顿(Wollaston)发现水的饱和蒸气压与水的温度有关：在真空条件下，水容易汽化，水在汽化时将导致温度的降低。根据这一发现，沙克尔(Shackell)于1909年试验用冷冻干燥的方法保存菌种、病毒和血清，取得较好的效果，使真空冷冻干燥技术得到了实际的应用。现有用于研究的冻干显微镜的类型按供冷方式可分为两类：液氮供冷（最低温度-196）和半导体制冷（最低温度-60）。Steven等研制的半导体制冷冻干显微镜室温下冻干台可达最低温度-50。下图给出了冻干台的构造作为采用液氮供冷的代表，Linkam公司的FDCS196型冻干显微镜是商业产品中技术较为成熟的，FDCS196主要组成部分包括：显微镜、冻干台、控温仪、液氮泵、真空泵、皮拉尼真空计。冻干显微镜的主要用途在于：（1）通过图像分析测量各种溶液及细胞悬浮液的塌陷温度；（2）观察复杂系统冻干过程中的结构变化。目前国内对冻干显微镜研究的报道基本没有。浙江大学制冷与低温研究所张绍志、周新丽、陈光明曾设计了一套冻干显微镜系统。此套冻干显微镜的冻干台是组合式的，主体包括五块铜块、两个热电模块、真空罩子以及保护气罩子。冷源是液氮，由放在液氮瓶内的加热器加热变为冷氮气，冷氮气冷却铜块，铜块再冷却放在其上面的热电模块。通过控制冷氮气的供应量可以控制样品温度的高低。冻干过程的观察主要集中于一次干燥阶段，持续时间长。通过计算机图像分析软件处理得到升华界面的大体位置，从而调节载物台位置以方面跟踪观察结果。该冻干显微系统的主要优点在于：1）可以控制冷却过程中的降温速度；2）能够跟踪升华界面作长时间的观察。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1研究的基本内容，拟解决的主要问题： （1） 了解冷冻干燥技术的特点； （2） 了解数冻干显微镜的运用； （3） 明确数冻干显微镜的结构工艺及特点（包括选择合适的干燥室，捕水器，其余零部件的设计）； （4） 完成试验用冻干显微镜的设计文件。2.2研究步骤、方法及措施： （1）对冻干显微镜理论原理进行分析； （2）具体设计显微镜的主体，如捕水器的选择、干燥室的选择、选择轴的材料和热处理等； （3）处理特殊的工艺问题，如齿轮传动方向的确定、轴上零件的固定和定位、微调齿轮的设计等。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 本课题研究的重点及难点： （1）拟定设计方案，确定设计路线和设计内容，选择合适的干燥室、捕水器等； （2）选择合适的轴的材料及热处理，以及对一些特殊的工艺问题的考虑； （3）冻干显微镜工艺性分析及装配； （4）设计指定工序的零件； （5）研究被观测物在冻干过程中冰升华时遮挡物镜的解决方法。3.2 前期已开展工作： （1）明确设计要求，查阅文献，收集相关资料，撰写开题报告 （2) 零件的结构和技术要求分析4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 1-2周： 查找资料，熟悉课题 3-5周： 总体方案的设计 6-9周： 完成装配图 10-13周： 完成零部件图 14-18周： :完成论文及翻译，准备答辩5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 舍英，伊力奇，呼和巴特尔，现代光学显微镜M，北京科学出版社,19972 陈天明，王苏生，俞信等，高灵敏度荧光显微镜量化技术及其在光生物学研究中的应J 生物物理学报,1995,11(3):446-4503 蔡颖,薛庆,徐弘山,CAD/CAM原理与应用,机械工业出版社,1998(8):238-2434 赵汝嘉,殷国富,CAD/CAM实用系统开发指南,机械工业出版社,2001(10):6-7、109-1405 .张绍志,周新丽,陈光明,一台冻干显微镜的设计，第八届全国冷冻干燥交流会，20056 赵鹤皋，冷冻干燥技术与设备，华中科技大学出版社，2005,06 7 华泽钊，冷冻干燥新技术，科学出版社，2006,18 张绍志，王葳，陈光明，低温显微镜的研究，低温工程，2003(5):31-369 秦江平，真空冷冻干燥技术的设备与工艺，合肥工业大学，2006,810 徐成海,张世伟,彭润玲,张志军, 真空冷冻干燥的现状与展望(一),真空，2008,0311 徐成海,张世伟,彭润玲,张志军, 真空冷冻干燥的现状与展望(二),真空，2008,0512 濮良贵，纪名刚，陈国定，吴立言，机械设计，高等教育出版社，2006,0513 孙桓，陈作模，葛文杰，机械原理，高等教育出版社，2006,0514 李维晖，张宏，陈新，物理实验中的显微摄影实验J，物理实验，2010,30(4):30-3215 朱昊，郭宏，王佳，显微镜拆装实验的设计J，实验技术与管理，2005,22(3):28-3016 G.W.Oetjen and P.Haseley著，徐成海等译，冷冻干燥，化学工业出版社，200517 Dr.Kevin ward,Formulation design and characterisation for Successful Freeze-Drying Cycle Development18 G.R.Satpathy,Z.Trk，R.Bali,et al.Loading red blood cells with trehalose:a step towards biostabilization. Cryobiology,2004,49:123-13619
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