UG面向仿生微通道的家蚕丝腺数字化模型研究(2)

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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。