中央大學機械工程學系學位論文
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本研究主要以製備生物相容性之含水凝膠(Gelatin)做為培養人類胎盤幹細胞(Placenta-derived multi-potent cells, PDMCs)之基材。而粉末狀凝膠分為酸性及鹼性，可經由調整水和粉末的比例來控制不同重量百分濃度，本實驗以6%、8%、10%、12%、14%和16%之凝膠水溶液和膠聯劑－戊二醛，依固定比例均勻混和，來製備不同重量百分濃度之凝膠基材。凝膠在製備完成後，以熱重分析儀來檢測其重量百分濃度與凝膠澎潤現象。透過熱微差掃描分析儀(Differential canning calorimetry)來測量粉末狀凝膠有玻璃轉化溫度與熔點，但經由戊二醛膠聯後則沒有玻璃轉化溫度與熔點。 將PDMCs種植在凝膠基材上，並且經由細胞染色計算細胞貼附率。在酸性及鹼性凝膠基材細胞的貼附率皆在70%以上，說明此凝膠基材的表面適合PDMCs的生存；另外經由顯微鏡連續拍攝之影像，透過影像處理可以計算出PDMCs生長在凝膠基材上細胞面積的變化，其中在酸性及鹼性12%凝膠基材，細胞的面積有較明顯的變化。 另外以不同濃度凝膠為基材來誘導PDMCs分化成似神經細胞，細胞貼附在不同濃度的凝膠表面有不同的附著力(Focal adhesion)，此為環境刺激；以3-Isobutyl-1-methylxanthine (IBMX)為化學刺激，進而探討在細胞懸浮狀態下的PDMCs與IBMX共同培養在不同重量百分濃度凝膠兩小時之貼附率與分化率。將此實驗與傳統的方式比較，發現在細胞懸浮狀態下就以IBMX誘導使細胞分化為似神經細胞之方法的分化效果較好。 因為不同濃度凝膠造成不同的分化率，因此在最後將PDMCs種植在不同重量百分濃度凝膠基材上，其細胞和不同基材間也有不同的附著力(Focal adhesion)，造成細胞骨架排列及產生不同的細胞膜蛋白質，在實驗的最後利用一維電泳的方式來證明細胞貼附在不同重量百分濃度之凝膠基材上，產生出不一樣的細胞膜蛋白質。
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本論文所發展的中央大學太空氣象儀器酬載（Space Weather Instrumental Payload SWIP - Block of Central University, 簡稱BCU）透過莫斯科大學的實驗科學教育微衛星（Experimental Scientific Education Micro-Satellite, ESEMS）的國際學術合作計畫，順利與Tatiana-2衛星完成整合與測試，於2009年9月升空入軌，並且成功蒐集了軌道上的電子溫度與磁場等科學數據。 相較於2004年發射的福爾摩沙衛星二號所搭載的高空大氣閃電影像儀（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning, 簡稱 ISUAL）雖同樣是作為電離層太空氣象的研究用途，但是BCU不僅是首顆國內自製的太空氣象酬載，也是首顆完全由大學研究團隊設計、製作與測試的酬載。BCU的主要科學儀器，包括了量測範圍500~4000°K，實測精度50°K的電子溫度探針（Electron Temperature Probe, ETP），以及量測範圍-50000nT~+50000nT、實測精度25nT的磁敏電阻式磁力計（Magneto-Resistive Magnetometer, MRM）。其中ETP是首次運作在高緯度軌道來進行電子溫度資料收集，而MRM則是首次應用於科學研究量測用途。 BCU以智慧型酬載（Smart Payload）的架構為設計目標，致力於整合衛星提供給酬載的資源，特色是與衛星的電子介面僅有單一電源以及RS-422通訊埠，但是內藏的資料處理單元（Data Processing Unit, DPU）及電源轉換模組（Power Converters）使得BCU成為可以同時管理多個儀器進行科學數據收集與紀錄的酬載平台。前述的科學儀器亦是透過DPU在軟、硬體上的無縫整合，能夠協同進行測量任務，並且同步紀錄ETP電子溫度、MRM磁場資料及艙內溫度數據，以利於後續的飛行校正與資料分析。 科學儀器在運送到莫斯科衛星工廠前，都已完成了地面校正程序。在飛行校正的部份，ETP因為獨特的設計，使得它的參考電極電壓同時可做為校正基準；而MRM則是依靠Tatiana-2衛星每分鐘取樣一次的姿態感測磁力計當做校正參考，且MRM經由這個校正步驟，除去了沿著衛星飛行方向約0.146Gauss的衛星環境殘磁。由BCU所收集到科學數據的取樣頻率為2.22Hz（換算空間解析度為3.33km），這些資料經過驗證也顯示出BCU運作正常，並且蒐集到所預期有效的電離層氣象資訊。分析之後更進一步地發現MRM在經過高緯度極光區時，量測到了順磁場電流（Field-Aligned Current, FAC）現象，並且從資料中計算出的朝下及朝上的電流值分別為2μA/m2與3μA/m2，符合一般地磁安定狀態下的觀測值。
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肝臟超音波掃瞄為最常見檢測肝臟病變的方式，超音波影像具有即時性及非侵入性等優點，但是其成像品質遠低於放射影像且二維影像缺乏空間資訊，在判讀上易受人為主觀影響而造成誤判。另一方面，放射影像雖然具有高成像品質，但是對人體傷害大，且肝臟會隨病人呼吸體態而有所變化，使得放射影像無法即時顯示。因此若是能結合兩種影像進行融合，並補償呼吸與體態所造成之影響，則可提升診斷與穿刺治療的精度。 本研究以肋骨作為影像對位之基準，在進行影像對位前先調整病人的體態與呼吸狀態，使其與掃瞄電腦斷層影像時一致。之後擷取肋骨超音波影像並以影像處理方式分割其邊緣特徵，並與電腦斷層影像重建之肋骨三維模型以疊代最近點(Iterative Closest Point)演算法進行曲面對應，以求出兩影像之間的座標轉換關係。 影像方位校準誤差評估以假體與真人進行測試，以超音波擷取清晰特徵邊緣資訊後，將邊緣資訊經由座標轉換後與電腦斷層影像中相對應之特徵進行比對，作為誤差評估的依據。假體實驗xy平面誤差為2.32 mm，z軸誤差為4.48mm。而人體實驗誤差約為4mm，且有明顯的角度誤差，推測誤差主因為超音波掃瞄時探頭緊壓腹部所致，若能針對緊壓的應力進行補償，將能提高系統精度。
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超音波影像穿刺取樣是診斷腫瘤良性或惡性的常見方法。以徒手或利用探頭旁加裝導引裝置的穿刺方式並無法解決穿刺針受外力變形所造成的穿刺失誤，且使用導引裝置的穿刺針必須順著超音波掃描面穿刺，限制了在需要避開特定組織時改變穿刺方向的彈性，因此臨床上醫師往往難以執行深層小腫瘤的穿刺取樣。 本研究發展出一套超音波影像輔助穿刺導引系統。藉由磁場定位裝置以及超音波影像定位技術，將超音波影像、腫瘤、穿刺針的空間方位轉換至同一個座標系中，並以即時顯示腫瘤與穿刺針針間相對方位的影像來協助醫師進行穿刺路徑規劃及導引。此外，也設計了一穿刺輔助裝置，利用馬達讓穿刺針等速的旋轉，有效減少穿刺時穿刺針受力變形的現象，並且能夠維持穩定的刺入方向。本研究亦提出以雷射測距儀量測胸口的起伏，據以控制病患憋氣在與影像掃描時的同一呼吸狀態，降低呼吸造成肝組織移位變形，影響穿刺的準確性問題， 實驗以豬肝和五花肉為假體，在系統的導引下進行多次穿刺實驗，結果顯示使用18G的穿刺針穿刺，平均距離誤差為3.17mm，最大誤差為4.38mm；使用21G穿刺針，平均距離誤差為3.36mm，最大誤差為4.62mm。此一系統應可幫助醫師穿刺一公分以上的深層腫瘤。
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本論文以差動偵測技術配合表面電漿共振技術，再結合CCD擷取影像資訊，提出一套可偵測一平面折射率分布的「全場光強差動式表面電漿共振偵測技術」。本研究利用差動偵測的概念，除了可有效消除光源強度浮動和背景光雜訊對訊號的影響外，並且可提升共振光強分析式系統對於折射率的靈敏度，以改善一般光強分析式系統的缺點。 對於實驗結果作分析後，可得知本系統光強差動訊號對於折射率的靈敏度為1.35×10^2 (1/RIU)，而光強差動訊號之解析度為0.0016，由前面兩者可算出本系統對於折射率的解析度為1.2×10^-5 RIU。本系統具有成本低、即時量測、靈敏度和解析度高的優點，若能實際將此技術使用於生物分子陣列晶片的偵測，對於生醫檢測領域將是一大貢獻。
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幹細胞本身具有良好的自我再生特性與分化成不同細胞的能力，因此在再生醫學的應用上逐漸受到重視，但也因為幹細胞的分化容易受到環境因子的影響，使得幹細胞在臨床應用上仍然面臨嚴峻的挑戰。利用微機電製程技術所設計的微流體晶片系統能夠提供給幹細胞一個更加精確的控制且接近人體體內尺度(In vivo-like)的培養環境，此外，微流體晶片還具有體積小、減少汙染、降低樣本耗費與試劑成本以及可在螢光顯微鏡下進行即時觀察等特點。 本研究的目的是在建立起一個新型的微流體培養平台提供給胎盤幹細胞(PDMCs)使用，讓胎盤幹細胞可以穩定地進行長時間的培養與分化。實驗結果證實此裝置可滿足生物相容性之需求，細胞可以在連續灌注的培養條件下進行超過10天的長期培養。另外，本研究也利用藥物IBMX讓胎盤幹細胞分化成神經細胞，並於投藥過程的前10分鐘給予三組不同注入流率(0.083 μL/min、2 μL/min與30 μL/min)之流場刺激，並觀察在刺激之後的72小時內其對細胞分化之影響。實驗結果顯示較高的流率下具有增進細胞提早分化的發生。
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本論文主要探討Logistic-based可靠度模型之實用性。透過數據嵌合得知該模型之嵌合結果良好，再以隨機選取部分數據進行嵌合來檢驗Logistic-based可靠度模型的敏感性以及對完整數據可靠度的重現性。從不完整數據的分布得知數據取樣的重要性並可制定規範，由結果可知，數據分布至反曲點附近已可準確重現完整數據之可靠度，因此當壽命試驗通過反曲點後即可中止數據的收集。以Logistic-based可靠度模型為依據討論複雜系統參數調整影響及後續之內文。
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金屬熔射為一種常見的鋼鐵材防蝕與硬面技術，金屬熔射法依熱源與材料的不同可區分為火焰線材(粉末)熔射法、電漿熔射法、電弧熔射法(arc spraying)、塑膠熔射及高速燃氣熔射法等(High Velocity Oxygen Fuel, HVOF)。相較於火焰熔射法，因電弧熔射法具有高堆疊率、高附著力與較低孔隙率，廣泛地應用於鋼鐵材防蝕、石化、汽車、模具與航太工業。燃氣速度可達600～2400米/秒的高速燃氣熔射法(HVOF)使熔射塗層的緻密性、氧化程度及附著力均獲得大幅改善，使熔射塗層可以應用於更嚴苛的作業環境。 本文旨在探討以熔射法製備鎳-鈦複合塗層之方法，並就塗層表面特性、微結構、磨潤特性與耐蝕性進行討論，論文第一部分以電弧熔射法製備鎳-鈦複合塗層，其中熔射鎳-鈦塗層係由二條同步進給之鎳線與鈦線經引弧、霧化後沉積於AISI 1020基材上形成。第二部分分別以化學鍍及噴霧乾燥法製備熔射用鎳-鈦複合粉末，以鈦粉末為核化學鍍鎳為殼之複合粉末，分為低鈦含量與高鈦含量二種，分別標記為Ni-Ti10與Ni-Ti30，奈米團聚之鎳鈦複合粉末則記為nano Ni-Ti。自製之鎳-鈦複合粉末再以高速燃氣熔射法製備塗層。熔射鎳-鈦塗層分別進行SEM/EDS，XRD及DTA分析，以探討熔射塗層表面性質，並利用電化學交流阻抗法與動電位極化曲線法進行鎳-鈦熔射塗層耐蝕性評估。磨潤試驗分別依ASTM D6425-99及ASTM G99規範進行磨耗試驗，以評估塗層的耐磨性能。 由電弧熔射複合塗層表面特性檢測結果顯示，以電弧熔射法成功地製備以鎳及鈦為基底，鎳-鈦合金及鎳-鈦介金屬為分散相的複合塗層。三組電弧熔射參數中以高電弧電流及電壓下(32V, 300A)較易形成介金屬相。複合塗層電化學實驗顯示鎳-鈦熔射複合塗層耐蝕性能主要受到熔射層組織與膜厚影響，熔射鎳的引入，改善了單一熔射鈦塗層微裂紋的缺陷，進而提升熔射鈦塗層的耐蝕性。磨潤實驗結果則顯示鈦金屬的引入，可大幅提升單一熔射鎳層的耐磨性能，相較於火焰熔射鎳塗層，耐磨性能提高了586倍之多。 由高速燃氣熔射複合塗層表面特性檢測結果顯示，以高速燃氣熔射法製備之塗層較電弧熔射法緻密。由XRD及DTA分析結果顯示，三種高速燃氣熔射塗層中以化學鍍鎳鈦複合粉末製備之塗層(Ni-Ti10與Ni-Ti30)，含有鎳-鈦合金及鎳-鈦介金屬，以奈米團聚鎳鈦複合粉末製備之塗層(nano Ni-Ti)，則無明確鎳-鈦合金及鎳-鈦介金屬發現。複合塗層耐蝕性實驗顯示，以高速燃氣熔射法製備之鎳-鈦複合塗層較電弧熔射法緻密，耐蝕性優於電弧熔射塗層。三種高速燃氣熔射塗層中以奈米鎳-鈦複合塗層較為緻密，耐蝕性亦最佳。三種高速燃氣熔射塗層之磨耗實驗結果顯示，以高速燃氣熔射法製備之鎳-鈦複合塗層較為均勻，磨耗實驗結果較為一致，三種高速燃氣熔射塗層中以高鈦含量之鎳-鈦複合塗層(Ni-Ti30)具有較佳耐磨性能。高速燃氣熔射法製備塗層之耐蝕性與耐磨性普遍優於電弧熔射法。
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本論文以研究室所發展出來的累積損傷模型來探討系統可靠度退化的行為，先暸解用來模擬系統元件參數的累積損傷模型和Weibull可靠度退化模型的參數特性，以明瞭模型之參數的改變對於系統元件的影響，之後以實際的數據進行嵌合以了解這兩個模型的嵌合的效果，然後對失去部分資訊的數據重新分組及以累積損傷模型和Weibull可靠度退化模型作嵌合，並對失去部分資訊之數據的嵌合效果做討論與比較，進而探討累積損傷模型之元件參數的設定對於串聯系統所產生的效應，並推導出元件在失效機率密度函數中所佔的面積比例，從而實際的使用此面積比例作為系統關鍵元件之判斷依據的參考，並將累積損傷模型之參數變化對於串聯系統之參數的效應，和元件所造成系統失效可能性之比例的影響的討論，應用至複雜系統之退化行為的分析與探討，可由累積損傷模型參數之特性了解系統退化情形的物理涵義，藉此設計出適合此複雜系統的元件參數。
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粉末冶金技術能夠以低成本實現外形複雜之小型齒輪的量產,此優勢使得粉末冶金齒輪的重要性受到矚目;但由於粉末冶金齒輪具有空孔性之結構,此特徵將可能導致其具有較低之齒根疲勞強度,若要將粉末冶金齒輪作為傳動件使用,則須對其齒根疲勞強度作出充分的檢驗. 本研究針對粉末冶金正齒輪的齒根疲勞強度進行檢測,並以疲勞曲線呈現其結果,試驗樣本之成分為Fe-4Ni-0.5Mo-1.5Cu-0.6C;主要的實驗方式是單齒齒根疲勞試驗,另輔以齒輪對運轉試驗為驗證,確保實驗結果能忠實呈現齒輪在一般使用狀況下的強度.疲勞曲線與可靠度的計算,是採韋伯分布與ASTM E 739-91線性疲勞數據統計分析兩種方法進行,齒根應力則是依ISO 6336-3標準規範計算. 實驗結果顯示兩種試驗所得之疲勞曲線互為平行,如此可透過較有效率的單齒齒根疲勞試驗,推測齒輪於真實狀況下的強度表現.本研究亦將材料為Fe-1.75Ni-0.5Mo-1.5Cu-0.6C且經淬火之粉末冶金齒輪作為對照,比較該齒輪與本試驗齒輪的疲勞強度,發現該齒輪之強度整體而言較低,但當循環數越接近無限壽命區時,兩齒輪之強度則越趨接近;另外,本研究亦觀察到齒輪經運轉後,產生了點蝕與刮傷的齒面疲勞破壞.