- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
- · 航天医学与医学工程版面[10/30]
- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
- · 《航天医学与医学工程》[10/30]
一、稿件要求： 1、稿件内容应该是与某一计算机类具体产品紧密相关的新闻评论、购买体验、性能详析等文章。要求稿件论点中立，论述详实，能够对读者的购买起到指导作用。文章体裁不限，字数不限。 2、稿件建议采用纯文本格式(*.txt)。如果是文本文件，请注明插图位置。插图应清晰可辨，可保存为*.jpg、*.gif格式。如使用word等编辑的文本，建议不要将图片直接嵌在word文件中，而将插图另存，并注明插图位置。 3、如果用电子邮件投稿，最好压缩后发送。 4、请使用中文的标点符号。例如句号为。而不是.。 5、来稿请注明作者署名(真实姓名、笔名)、详细地址、邮编、联系电话、E-mail地址等，以便联系。 6、我们保留对稿件的增删权。 7、我们对有一稿多投、剽窃或抄袭行为者，将保留追究由此引起的法律、经济责任的权利。 二、投稿方式： 1、 请使用电子邮件方式投递稿件。 2、 编译的稿件，请注明出处并附带原文。 3、 请按稿件内容投递到相关编辑信箱 三、稿件著作权： 1、 投稿人保证其向我方所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、 投稿人保证向我方所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、 投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、 投稿人向我方所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。若投稿人有违反该款约定的行为，则我方有权不向投稿人支付报酬。但我方在收到投稿人所投作品10日内未作出采用通知的除外。 5、 投稿人授予我方享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、 投稿人委托我方声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。
面向航天医学应用的体液预处理仪研制
作者:网站采编关键词:
摘要：1 引 言 随着我国载人航天事业的蓬勃发展，中国空间站的建成指日可待。届时航天员需要长时间在轨工作，而太空环境微重力、高辐射及噪声等因素[1]会对航天员的健康构成潜在威胁
1 引 言
随着我国载人航天事业的蓬勃发展，中国空间站的建成指日可待。届时航天员需要长时间在轨工作，而太空环境微重力、高辐射及噪声等因素[1]会对航天员的健康构成潜在威胁[2]。为保障长期在轨航天员的健康，采集航天员的体液来监测其各项生理指标是十分必要的。
由于传统的医学设备存在体积大、耗材多、操作复杂等缺点，在航天中的应用受限。而微流控芯片[3]由于具有体积小、集成度高、样品用量少、操作简单等优点在航天生物医学领域有广泛的应用潜能[4]。目前，美国及欧洲航天局均已将基于微流控技术的检测芯片及仪器送入太空，用于检测生命迹象[5]及太空舱内物体表面的细菌真菌情况[6]等。我国的神舟飞船也已经搭载了自主研发的微流控芯片基因扩增装置[5]及基于表面等离子体共振原理的医监生化检测装置，用于基因扩增实验及检测航天员体液应激水平。人体的体液(血液、尿液以及唾液等)往往含有气泡，在地面上由于重力的作用，气泡会浮出到体液样品表面自动排出。而在太空微重力环境下，气泡无法自动排出，对体液检测将造成较大影响。因此，在面向航天应用的微流控芯片中加入排气功能是十分必要的。目前微流控芯片的排气方案主要有浮力法[7]和表面能最小化法[8-10]等。
本文设计了一种基于片上环形蠕动微泵、集成排气功能的体液样品预处理芯片，研制了控制芯片自动工作的预处理仪，将微流体的驱动控制和不同的体液预处理功能集于一体。利用有限元仿真软件对预处理仪的机械结构进行航天环境力学分析，最后设计制作了排气混合预处理芯片并进行了预处理实验，以验证预处理效果。
2 仪器总体设计
预处理仪将对基础体液进行预处理，可为后续体液医学检测提供保障。预处理仪主要包括排气、混合、分离、富集等功能。针对不同的预处理需求，可以设计出不同的体液预处理芯片，主要包括尿液排气稀释芯片、血液荧光试剂混合及红细胞裂解芯片、血细胞分离芯片、蛋白富集芯片等。芯片利用片上环形蠕动微泵驱动流体，通过微阀控制流道的通断与流向，依靠光电探测器检测流道中的液面位置实现自动切换控制。设计时，直接将微泵微阀机构集成到预处理仪上，使仪器与芯片无需任何管路及电连接，方便芯片更换，同时可实现多种预处理模式。预处理仪的功能包括微泵微阀的驱动控制，芯片管道的液面位置探测，触控屏人机交互等。
2.1 微泵驱动机构设计
图1(a)所示为环形蠕动微泵的工作原理，由图1(a)可知，其通过电机带动钢珠沿环形沟道滚动前行挤压环形沟道内的PDMS薄膜，从而产生蠕动变形，进而驱动微沟道中的液体流动，图1(b)为钢珠下压微沟道截面图。钢珠机构如图1(c)所示， 其由上下两个有机玻璃(PMMA)部件组成，中间加入弹簧、垫片，钢珠在下部伸出，且可自由转动。钢珠机构固定在直流电机轴上以实现转动，其整体在步进电机与光杆直线轴承的带动下工作。微泵驱动总机构如图1(d)所示。
(a)环形微泵工作原理图(a) Working principle of ring micropump
(b)钢珠下压沟道截面图(b)Cross section of steel ball pressing on microchannel
(c)钢珠机构(c) Structure for fixing the balls
(d)微泵驱动总机构(d) Drive structure of micropump图1 微泵驱动原理及机构示意图Fig.1 Micropump drive principle and structure schematic
2.2 仪器主体结构设计
体液预处理仪的总体尺寸为190 mm×190 mm×250 mm，质量约为4.5 kg，满足小型、轻量化要求。仪器前面板包括芯片装载口和控制屏，后面板包括电源接口、通信接口以及风扇，内部结构主要包括主体支架、驱动机构、电源模块、电机驱动器、光电探测模块、电路板等，仪器实物外观和内部结构布局分别如图2(a)和图2(b)所示。主体结构采用左右对称设计，共有2个微泵、8个微阀。
(a)仪器外观照片(a)Instrument appearance photo
(b)结构布局(b)Schematic of instrument layout 图2 仪器外观及结构布局Fig.2 Instrument appearance photo and instrument layout schematic
3 力学仿真分析
航天应用中需要仪器设备能够承受发射过程的力学负载，本文针对航天力学环境条件要求，利用Hyperworks建立模型，利用进行分析计算，主要包括模态分析、加速度过载分析、正弦扫描分析及随机振动分析，并进行了安全裕度的校核。
3.1 整机有限元模型的建立
采用Altair公司的Hyperworks建立整机的有限元模型，利用Hypermesh进行网格划分，在关键结构处网格划分密集，对于非关键部位遵循能量守衡原则，在保证力学模型与实际模型刚度、质量、阻尼等效的基础上适当进行简化。整机各零件主要采用六面体网格，共划分了个节点、个单元。整机外壳及主要结构件材料均采用铝合金2A12，印刷电路板材料为FR4。本文根据实际装配情况，采用bolt及rigid单元建立螺栓连接等接触条件，对底面板6个螺钉孔部位6个方向的自由度进行约束。
文章来源：《航天医学与医学工程》 网址: http://www.htyxyyxgc.cn/qikandaodu/2020/1107/360.html