论文总字数：26005字

摘 要

现代人们生活作息不规律，食品安全问题严峻。饮食结构不健康，使得罹患癌症的人数不断递增。到目前为止，临床检测方面主要采取检测ctDNA（circulating tumor DNA）的含量来判断是否罹患癌症，以及患病的程度。而针对ctDNA这类生物分子的分离，需要借助物理或生物化学等方法，这对实验器材精度的要求提升到微纳米级别。本文基于微纳喷射实验原理，设计了微纳喷射实验所需的微位移台，配合实时测距的激光位移传感器，实现了10微米精度下的位移测量及对微纳喷射实验电场强度的计算。本文的主要工作及完成成果如下:

(1)基于设计原理，选择步进电机输入，滚珠丝杠传动，滚珠导轨导向，设计微位移台，并对微位移台各个零件进行载荷和寿命分析计算。

(2)基于微纳喷射实验，设计了用钢片弹簧快速装夹承载板，使用ANSYS仿真模拟钢片弹簧的应力分布及应变，并且设计使用定位支撑钉优化微位移台整体的精度。

(3)使用激光位移传感器，结合规范实验操作以及统计测量的方法，实现微米尺度下承载板到喷头距离的检测

关键词：微纳喷射，微位移台，快速装夹

Abstract

The prevalence of cancer has been greatly increased due to the irregular lifestyle, unhealthy diet and increasingly prominent food safety problems of modern people. So far, clinical detection mainly adopts detecting ctDNA (circulating tumor DNA content to determine whether cancer, as well as the extent of the disease. For the separation of biological molecules such as ctDNA, physical or biochemical methods are needed, which requires the accuracy of experimental equipment to be improved to microns or even nanometers. This article is based on micro jet principle, design for the micro-displacement platform, with real-time ranging laser displacement sensor, realized under 10 microns accuracy of displacement measurement and calculation of electric field intensity of micro-nano injection experiment. The main work and achievements of this paper are as follows:

(1)Based on the design principle, the stepping motor was selected as the input source for the micro-displacement platform, which was driven by ball screw and guided by ball guide. Then analyz and calculate the load and life of each part of the micro - displacement table.

(2)The design of the displacement platform USES steel sheet spring to quickly clamp the bearing plate. The use of ANSYS simulation of stress distribution and strain of steel plate spring and design using positioning support optimization of micro displacement platform overall accuracy.

(3)The detection of the distance between the bearing plate and the sprinkler head at the micron scale is realized by using laser displacement sensor, combining with standard experimental operation and statistical measurement methods.

KEY WORDS:Micro-nano injection, Micro-displacement platform, Fast clamping

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 研究现状及发展 2

1.3 课题项目研究主要内容及论述顺序 3

1.3.1 课题项目的主要内容 3

1.3.2 实验原理及实验器材 3

1.3.3 喷射系统微位移台 5

1.3.4 课题项目的论述顺序 5

1.4 本章小结 6

第二章 微纳喷射系统微位移台移动方案设计 7

2.1 结构对比及选择 7

2.2 驱动方式、传动方式对比选择及设计 7

2.2.1 驱动方式、传动方式对比 7

2.2.2 驱动方式、传动方式方案选定 11

2.2.3 驱动源、传动机构选定 11

2.3 导轨对比选择及移动台设计 16

2.3.1 导轨对比 17

2.3.2 各层位移平台设计 18

2.4 本章小结 21

第三章 微纳喷射系统微位移台台面装夹方案设计 22

3.1 快速装夹方案对比 22

3.1.1 传统定位夹紧机构 22

3.1.2 非传统快速装夹 24

3.2 微位移台台面快速装夹设计 24

3.2.1 钢片弹簧设计 24

3.3 优化设计 25

3.3.1 钢片弹簧应力分析 25

3.3.2 .承载板定位优化 26

3.4 本章小结 27

第四章 微纳喷射系统测距系统方案设计 28

4.1 常用微米级测距方式对比 28

4.1.1 测距原理 28

4.1.2 方案对比 29

4.2 微纳喷射实验测距难点 30

4.3 微纳喷射实验测距的设计 30

4.3.1 规范实验操作 30

4.3.2 统计测量 31

4.3.3 测距传感器搭建 32

4.4 本章小结 32

第五章 总结展望 33

5.1 本文主要工作 33

5.2 工作展望 33

第六章 致谢 34

参考文献 35

绪论

课题背景及意义

随着社会经济不断发展，不合理的产业结构，严重的消耗地球资源，地球环境也在不断地恶化，于此同时，物质文化生活不断提高，人们的作息不规律，饮食结构不健康及食品安全问题日益突出，都使得人类的健康问题日益突出，癌症已日益成为影响人类健康的重大疾病。但是目前为止，人们对癌症的了解依旧停留在基本的理论层面，对癌症基因的系列转变的原理，都没有相应的应对措施，而在目前的临床检测方面，主要检测ctDNA（circulating tumor DNA）^[1]含量来判断是否罹患癌症，对于患病的程度进行判断，进而确定相应的治疗方案及检测治疗情况。针对这个问题，需要对患者个体进行样本提取，而这种样本内包括了生物细胞，蛋白质分子，DNA等等，这些生物大分子对目标ctDNA的检测造成了极大的干扰，因此，对于ctDNA这样分子级的样品分离技术就亟待解决。

与此同时，一些简单的生物分子已经成为生物产品的主流。而获取分离是生物产品生产中的基本和重要的技术环节。在此生产过程中，生物产品的自身特性及生产终端使用的特殊性对于产品纯度提出了很高的要求，因此研究如何快速分离这些生物大分子产品成为一项重要的生物分离课题。

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