空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺原理樣機(jī)控制模塊研制.pdf

1、隨著航天技術(shù)及空間生命科學(xué)的發(fā)展,空間環(huán)境下細(xì)胞對于微重力及其它力學(xué)刺激的響應(yīng)機(jī)制的研究顯得越來越重要。因此,分析和區(qū)分微重力條件及其它力學(xué)刺激對細(xì)胞的影響成為認(rèn)識細(xì)胞對重力變化響應(yīng)機(jī)制的前提,而這些有關(guān)微重力條件的研究必須依賴于專門的實驗技術(shù)平臺。近年來主要航天科技大國已開發(fā)了一些空間細(xì)胞培養(yǎng)裝置,但目前空間細(xì)胞生物學(xué)實驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍然不高。其主要原因在于微重力下細(xì)胞生存的力學(xué)環(huán)境和物質(zhì)傳輸條件發(fā)生重大改變,地面常規(guī)實驗手段難以應(yīng)用,

2、如何嚴(yán)格和規(guī)范地控制細(xì)胞培養(yǎng)過程參數(shù),分離重力變化和其他力學(xué)因素對細(xì)胞的影響成為制約實驗質(zhì)量的技術(shù)瓶頸。空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺因應(yīng)空間生命科學(xué)研究的迫切需求而提上議事日程,科學(xué)家擬借助這一平臺從生物力學(xué)的角度研究微重力下細(xì)胞生物學(xué)過程的基本規(guī)律。
　　本文調(diào)研了空間細(xì)胞生物學(xué)實驗平臺的發(fā)展現(xiàn)狀,探索了空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向,搭建了流體控制模塊,溫度pH監(jiān)控模塊,在線顯微觀測模塊,擬為克服空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗

3、研究的技術(shù)瓶頸奠定基礎(chǔ)。1)規(guī)范空間細(xì)胞培養(yǎng)的力學(xué)環(huán)境首要在于控制其生存的流體環(huán)境,主要包括流體力學(xué)環(huán)境和物質(zhì)交換條件兩個方面。蠕動泵和注射泵因其液體輸送管路可以單獨進(jìn)行滅菌處理成為細(xì)胞培養(yǎng)液輸送控制的首選。本文針對空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺的需要,搭建了基于注射泵和蠕動泵的流動腔式培養(yǎng)器流體控制模塊,旨在為空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺提供精確的流體環(huán)境,以分離重力和其它力學(xué)刺激對細(xì)胞的影響;2)細(xì)胞的培養(yǎng)需要合適的溫度和 pH環(huán)境,且因空間

4、實驗周期較長且依賴于自動操作,本文針對返回式衛(wèi)星細(xì)胞實驗系統(tǒng)設(shè)計了溫度、pH監(jiān)控模塊,以實現(xiàn)溫度和pH參數(shù)的長時程實時檢測和自動反饋控制;3)對于空間細(xì)胞培養(yǎng)實驗,細(xì)胞顯微圖像的實時采集對于觀察細(xì)胞不同時期的形態(tài)、大小、數(shù)量,深入研究空間細(xì)胞生長特性有顯著的幫助。本文進(jìn)行了在線顯微觀測模塊的初步設(shè)計,以實現(xiàn)細(xì)胞圖像的實時采集。
　　本文搭建了空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺的關(guān)鍵技術(shù)模塊,其研究結(jié)果為空間細(xì)胞生物力學(xué)實驗平臺的研制提供了原