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    20

    4.3 家蚕丝腺数字化模型构建 21

    4.3.1 图像配准 21

    4.3.2 图像矢量化 22

    4.3.3 模型构建 23

    4.4家蚕丝腺数字化模型结构分析 27

    4.5 家蚕丝腺数字化模型优化 28

    4.6 本章小结 29

    结论与展望 30

    参考文献 32

    致谢 34

     

    第一章 绪论

    1.1 研究背景及意义

    微流体系统是微系统的重要分支之一,与微机械、微电子等系统具有等同价值且相互渗透、紧密结合,可广泛应用于生物、医疗、化工和微纳米制造等领域。微通道是微流体系统的核心单元,微通道内流体的流动机理与驱动方法是研究微流体系统的关键问题[1~3]。

    在微通道中,由于尺寸微小,许多宏观流动中可以忽略的因素变得非常重要。随着特征尺寸减小,微通道的尺度和表面效应增强,表面积与体积之比增大、表面力和界面性质增强、微通道壁面工况和截面形状影响加大,阻碍内部流体流动。与宏观流体相比,微通道内流体流动机理发生显著变化,包括沿程压力损失增大、毛细现象增强、流动正常性变差等,增加微流体系统的驱动与控制难度[1]。

    物竞天择,自然界是最好的天才设计师,人类不断从自然界的生物体中得到启示,为解决现实生活中遇到的种种技术难题提供了最初的灵感和想法。家蚕吐丝就是这样一个自然界中典型的微通道流动现象,家蚕能够在常温常压下以水为溶剂纺出力学性能优异的蚕丝纤维,且尺寸均匀,直径处于10um量级。家蚕吐丝过程中,蚕丝丝素流过整个丝腺和吐丝管,并均匀流出家蚕吐丝口,表现出良好的微流动特性[3]。家蚕丝腺结构简单,驱动能耗低、流动正常性好、驱动流体为大分子混合物。从仿生学角度,研究家蚕丝腺特征、家蚕体内丝素蛋白水溶液在丝腺中的流动机理,对仿生微流道的设计、制作及其内部微流动机理研究具有重要意义,可为微流体系统的广泛应用提供理论和技术支撑。

    1.2 微通道研究现状

    1.4 本文内容与结构

    第一章:绪论。简要介绍了本课题的研究背景与意义以及本课题研究对象:仿生微通道与家蚕丝腺结构的研究现状。

    第二章:家蚕丝腺显微图像获取。简要介绍了家蚕丝腺结构的特点:前、中、后部丝腺肉眼可见,可用常规法测量,吐丝管难以观测,故用切片法获取图像数据。主要介绍了家蚕丝腺切片制作及显微图像的获取过程。

    第三章:家蚕丝腺吐丝管显微图像处理。简要介绍了数据图像处理的过程,并且主要针对于家蚕丝腺切片图像的数据图像处理过程:图像增强、图像分割做了详细的介绍。

    第四章:家蚕丝腺数字化模型重建及应用。介绍了基于家蚕丝腺断面图像进行三维模型重建的整个流程,主要介绍了图像配准、图形矢量化以及在UG中的三维建模,并对于建模过程中的难点,如根据点的偏移、分叉区域的建模以及吐丝管的建模详细介绍,最后对模型结构及其在微通道中的应用进行了分析。

    结论及展望:对全文所做工作进行了总结,并对之后的研究工作进行展望。

     

    第二章 家蚕丝腺显微图像获取

    2.1概述

    根据形态和机能的不同,家蚕丝腺可以分为吐丝管、前部丝腺、中部丝腺和后部丝腺四个部分。吐丝管位于头腔内,是1条细管,它本身又分为吐丝区、压丝区和共通区三部分。吐丝区位于最前端,呈细管状,管端部的开口为吐丝孔,是丝线吐出的孔道。压丝区是吐丝管中部管形膨大部分,但管腔较细,呈半月形,管壁特厚,在肌肉的协同作用下,具有调整丝物质流量、调节丝的粗细及压丝整形的作用。吐丝管的后段是共通区,实为前部丝腺端部两管的汇合处。

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