超低溫液態氮生物試片儲存槽的研發

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葉永州(Yung-Chou Yeh) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

超低溫液態氮生物試片儲存槽的研發
(Development of A Manual liquid nitrogen Speciment storage system)

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摘要(中)

生物科技的發展，不但能增進人類的社會福祉，同時更具有龐大的經濟發展潛力，在新科技與商機不斷突破的推波助瀾下，將成為新世紀全球大力投入發展的新興高科技產業。國內現有的液態氮超低溫(-196℃)儲存設備，例如Taylor-Wharton系統之傳統開蓋式的液態氮儲存槽以及機械式儲存槽Cryo-Cell系統(Cryo-Cell International, Inc. USA)、BioArchive系統(Thermogenesis Corp. USA)…等。
本篇論文主要的研究是開發新式液態氮超低溫(-196℃)儲存設備，藉由回顧其它家的產品，保留其使用上與保存上的優點並改善其缺點，設計出一個更適合存放生物試片的超低溫(-196℃)儲存設備。
研究過程中包含軟體與硬體的設計，硬體方面：使用3D繪圖軟體將新式液態氮超低溫(-196℃)儲存設備的模型繪製出來，再使用有限元素分析法，分析其結構強度，瞭解應力集中處是否會造成材料的破壞，最後製作出實體設備並做磨耗測試；軟體方面：撰寫可以和儲存槽相互搭配的人機介面程式。
研究的成果：有限元素分析結果顯示此設計是可行的。再者儲存槽在不使用電力的情形下，利用最簡單的機構設計，使試片夾做單一的存取方式，此種方式可以避免影響到其它試片的生物活性，最後使硬體設備與操作軟體互相搭配達到人機介面整合。

摘要(英)

The progress of biotechnology not merely advents the human welfare, but reveals great economic potential. With the development of technology and the attraction of business profits, the biotechnology is destined to become a nouveau high-tech industry where the whole world will pour into enormous efforts.
This study aims to develop a container with liquid nitrogen at -196°C as a more suitable storage for slice of organism, by extracting advantage and eliminating limitation from currently-adopted containers. At present, there are the traditional manual lid-opening container by Taylor-Wharton, the mechanical container by Cryo-Cell (Cryo-Cell International Inc., USA), the one by BioArchive (Thermogenesis Corp., USA) and others in Taiwan.
The study procedure consists of two parts: container’s manufacture and software development. The former is achieved by the following steps: (1) draw the container model with 3D software; (2) calculate the structural strength with the finite-element analysis; (3) examine whether the stress concentration exceeds the material strength of the container; (4) manufacture the container and conduct the wear tests. The latter is to develop window-style software to control and monitor the operation and function of the container.
The results of the current study demonstrate the practicability of the new-designed container. Using this container, the operator could easily and conveniently put into and take off a single cartridge without any power supply, thus preventing the other cartridges in the same container from a decrease in the biological activity. Moreover, the development of the user-friendly software can facilitate and enhance the practicability and convenience of the hardware and software.

關鍵字(中)

★ 溫度效應
★ 臍帶血
★ 低溫脆化
★ 幹細胞

關鍵字(英)

★ stem cells
★ temperature effect
★ brittle fracture at low-temperature
★ umbilical cord blood

論文目次

中文摘要 …………………………………………………………… i
英文摘要 …………………………………………………………… ii
誌謝 …………………………………………………………… iv
目錄 …………………………………………………………… v
圖目錄 …………………………………………………………… viii
表目錄 …………………………………………………………… xii
一、緒論 ……………………………………………………… 1
1-1 研究背景………………………………………………… 1
1-2 研究動機與目的………………………………………… 3
1-3 液態氮超低溫生物試片儲存槽介紹…………………… 4
1-3-1 傳統液態氮超低溫生物試片儲存槽…………………… 4
1-3-2 機械式自動化液態氮超低溫生物試片儲存槽………… 7
1-3-3 傳統與機械自動化液態氮超低溫生物試片儲存槽比較………... 10
1-3-4 新型液態氮超低溫生物片儲存槽……………………… 14
1-4 文獻回顧………………………………………………… 15
1-4-1 溫度傷害效應…………………………………………… 15
1-4-2 低溫不鏽鋼轉脆效應…………………………………… 17
1-4-3 安全警示系統…………………………………………… 19
1-4-4 人機介面………………………………………………… 20
1-5 本文架構………………………………………………… 24
二、材料與方法……………………………………………… 25
2-1 超低溫生物試片儲存槽設計理念與開發流程………… 26
2-1-1 傳動機構的設計原理…………………………………… 26
2-1-2 感測警戒裝置的安排…………………………………… 27
2-1-3 人機介面環境的規劃…………………………………… 28
2-2 超低溫生物試片儲存槽電腦實體模型之建立………… 31
2-2-1 儲存槽零件的設計……………………………………… 31
2-2-2 儲存槽系統的組合……………………………………… 41
2-3 超低溫生物試片儲存槽電腦模擬分析………………… 45
2 - 3 -1 有限元素運算參數的設定…………………………………….. 46
2 - 3 -2 分析參數與變形準則……………………………………….… 49
2-4 超低溫生物試片儲存槽之製作………………………… 50
2-5 超低溫生物試片儲存磨耗測試………………………… 55
三、結果……………………………………………………… 59
3 -1 有限元素分析結果…………………………………………….. 59
3 -2 超低溫生物試片儲存槽之製作結果…………………… 61
3 -3 磨耗測試結果…………………………………………… 62
四、討論……………………………………………………… 65
4 -1 有限元素分析結果討論………………………………………. 65
4 -2 超低溫生物試片儲存槽之製作結果討論……………… 67
4 -3 磨耗測試結果討論……………………………………… 70
五、結論與未來展望………………………………………… 74
5-1 結論……………………………………………………… 74
5-2 未來展望………………………………………………… 75
參考文獻 …………………………………………………………... 76

參考文獻

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[44] Taylorwharton 系統，取自http://www.taylorwharton.com/
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指導教授

林上智(Shang-Chih Lin)

審核日期

2007-7-17

推文