1畢業設計(論文)開題報告題目：試驗用凍干顯微鏡的設計系別機電信息系專業機械設計制造及其自動化班級姓名學號導師2012年12月20日21.畢業設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）真空冷凍干燥在制冷或干燥行業內，常被稱為冷凍真空干燥（簡稱凍干），首先是將含水物質低溫凍結，然后使凍結物質中的水分在真空狀態下直接升華而干燥。這樣干燥后的物質，其物理、化學和生物性狀基本不變，物質中的揮發成分和營養成分損失很小，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。凍干后的物質呈多孔狀，其體積與凍干前基本相同，加水后能很快地復原，密封包裝后可以較長時間的保存。冷凍干燥已經在食品保存、生物制藥等方面得到了廣泛應用。由于冷凍干燥產品的獨特長處，人們一直努力將凍干技術應用于哺乳動物細胞的長期保存，并在最近幾年取得了重大進展。與冷凍過程相比，凍干過程的物理機理更為復雜。為了更好地優化凍干流程的參數，使用各種儀器進行研究十分有必要，其中凍干顯微鏡就是一種十分有效的工具。凍干技術大約出現在1811年，當時用于生物體的脫水。1813年美國人W.H.沃拉斯頓(Wollaston)發現水的飽和蒸氣壓與水的溫度有關：在真空條件下，水容易汽化，水在汽化時將導致溫度的降低。根據這一發現，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得到了實際的應用。現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）和半導體制冷（最低溫度-60）。Steven等研制的半導體制冷凍干顯微鏡室溫下凍干臺可達最低溫度-50。下圖給出了凍干臺的構造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產品中技術較為成熟的，FDCS196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胞懸浮液的塌陷溫度；（2）觀察復雜系統凍干過程中的結構變化。目前國內對凍干顯微鏡研究的報道基本沒有。浙江大學制冷與低溫研究所張紹志、周新麗、陳光明曾設計了一套凍干顯微鏡系統。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、真空罩子以及保護氣罩子。冷源是液氮，由放在液氮瓶內的加熱器加熱變為冷氮氣，冷氮氣冷卻銅塊，銅塊再冷卻放在其上面的熱電模塊。通過控制冷氮氣的供應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，持續時間長。通過計算機圖像分析軟件處理得到升華界面的大體位置，從而調節載物臺位置以方面跟蹤觀察結果。該凍干顯微系統的主要優點在于：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研究的基本內容，擬解決的主要問題：（1）了解冷凍干燥技術的特點；（2）了解數凍干顯微鏡的運用；（3）明確數凍干顯微鏡的結構工藝及特點（包括選擇合適的干燥室，捕水器，其余零部件的設計）；（4）完成試驗用凍干顯微鏡的設計文件。2.2研究步驟、方法及措施：（1）對凍干顯微鏡理論原理進行分析；（2）具體設計顯微鏡的主體，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、微調齒輪的設計等。3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作3.1本課題研究的重點及難點：（1）擬定設計方案，確定設計路線和設計內容，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）明確設計要求，查閱文獻，收集相關資料，撰寫開題報告（2)零件的結構和技術要求分析4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）1-2周：查找資料，熟悉課題3-5周：總體方案的設計6-9周：完