基于介电泳的细胞介电参数测试芯片机理的数值分析

设计一种集成四极式微电极组和螺旋微电极组的介电泳(Dielectrophoresis, DEP)细胞介电参数测试芯片,在芯片上集成了细胞的常规介电泳(Conventional DEP, CDEP)、行波介电泳(Travelling-wave DEP, TWDEP)和电旋转介电泳(Electrorotation, EROT)测试功能。运用相量法建立交流电场中细胞所受的常规介电泳力、行波介电泳力和介电泳旋转转矩的计算模型,推导出细胞水平速度和自旋角速度的表达式,并对本芯片的CDEP因子、TWDEP因子及EROT因子的大小和方向及细胞运动速度进行数值模拟并结合文献中的试验数据进行对比论证。结果表明：在高度大于20 m的区域,细胞沿螺旋电极径向的行进速度与细胞有效极化率的实部和虚部都相关,而细胞悬浮高度仅与有效极化率的实部相关;另一方面,电旋转最佳测试区域为近似正方形区域且每条边的中点均处于邻近的电极顶尖与电极腔中心连线的中点之上,此区域内的介电泳转矩变化量小于5%且介电泳力最小,利于电旋转测量。因此,本测试芯片能够通过多种介电泳模式更为全面、准确地获取细胞的介电特性信息。     

基于SoPC的行波介电电泳芯片控制与采集平台设计

介绍了一种利用SoPC技术控制与采集行波介电电泳芯片的方案.以嵌入在FPGA(CyelonⅡ EP2C35)中的RISC结构的CPU软核NiosⅡ为基础,通过FPGA的DSP开发工具DSP Builder对直接数字频率合成器(DDS)进行建模,在QuartusⅡ软件中生成DDS IP核,控制输出4路相位严格相差90°的正弦波,建立行波电场驱动不带电生物粒子定向移动,实现不同生物粒子的分离;采用自定制I2C模块,实现300万像素CMOS图像传感器MT9T001的配置,完成不带电生物粒子的非接触检测.文中重点介绍了基于DSP Builder的DDS IP核设计,自定制I2C模块以及系统软、硬件设计,并通过仿真分析证明了这种设计方法的正确性和实用性.     

低电压集成电泳芯片的研制

电泳芯片是一种重要的微型分析仪器。针对目前电泳芯片分离电压高、难以实现真正的一体化集成等问题,利用在分离通道上分段、交替、循环施加电压的方法提出了电泳芯片低电压分离的模型。依据该模型对这种低电压集成电泳芯片的研制工艺和控制系统进行了研究,研制出了相应的样品。初步实验表明,该电泳芯片的低电压分离的思想可为分析仪器的集成化、便携式设计提供一定的方法。     

微通道电泳芯片系统中信号识别算法的设计与实现

信号处理与分析软件是微全分析系统的重要组成部分，也是生物信息学研究的一个重要领域。本文介绍了适用于微通道电泳芯片系统的DNA测序软件的总体流程，重点描述了其中的信号处理与识别算法。算法以激光诱导荧光检测系统所采集到的原始数据为源信号，以小波平滑和小波去噪为理论基础，将滤波算法和峰值识别算法综合在一起进行设计，从而使其适用于检测速度更快、样品量更少的微通道电泳芯片系统。将本算法应用于DNA片段的分离实验中，可以有效地达到滤波以及信号识别的目的。     

基于电泳芯片的生化分析仪器的研制

介绍了一种基于电泳芯片的微型、高效生化分析仪器，利用该仪器进行了基本的电泳进样、分离实验。仪器采用阻抗检测方法对多次生物化学试样的电泳分离结果进行分析，采用比例测量法大幅提高了仪器的测量精度，模块化的设计使该仪器易于扩展。     

缓冲液成分对介电泳力的影响

在介电泳研究中,缓冲液对微粒运动情况的影响是不可忽略的,而目前关于缓冲液的研究关注则较少.文章旨在研究缓冲液中的大分子与离子对介电泳操纵的贡献.通过观察酵母菌在不同成分、不同配比的缓冲液中的运动情况,说明了缓冲液中大分子成分的增加可以降低溶液电导率而在同样电导率的溶液中对微粒的介电泳操纵影响不大,而离子的增多会增大溶液电导率,而在同样的电导率下会增加介电泳对微粒操纵的困难程度.     

电气介数及其在电力系统关键线路识别中的应用研究

分析了线路电气介数的定义和计算方法,并对电力系统最大传输能力和基于电气介数的关键线路识别流程及联锁攻击进行了研究。     

基于源牵引的射频识别芯片的阻抗及灵敏度测量

针对超高频射频识别(RFID)芯片在实际工作状态下的参数难以直接测量的问题,提出了一种基于源牵引技术测量RFID芯片阻抗及灵敏度的新方法。该方法用阅读器确定芯片工作所需最小输入功率和对应的整流器输出电压,以整流器输出电压标识芯片阻抗状态,进而通过网络分析仪测量该芯片状态下对应的源牵引调配器的双端口S参数,可方便地计算出芯片阻抗和灵敏度。使用该方法测量一款兼容ISO/IEC 18000-6C协议的RFID芯片的结果与仿真结果一致性良好,利用所测芯片阻抗数据设计的标签其识别距离可达6.8m。该方法同样适用于其他封装形式的RFID芯片的测量。     

介电泳抛光专用高压可调电源的研制

针对介电泳抛光对电源电压、频率、波形有特殊要求这一问题,对电源的信号发生电路,信号放大电路,直流升压电路,光耦及逆变电路等方面进行了研究和归纳,研制了一套适用于介电泳抛光的专用高压可调电源。通过直流升压电路为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变电路提供了电压,单片机通过IGBT光耦驱动来控制IGBT模块的开关状态,最终将逆变电路中负载电阻两端的电压并联到抛光机上、下盘的电极。利用介电泳抛光加工与传统抛光加工的对比实验对高压可调电源进行测试。研究结果表明,电源各项指标均达到设计要求,且使用该电源的介电泳抛光材料去除率提升了15.5%,验证了这种高压可调电源原理的可行性及工程应用价值。     

介电电泳细胞分析芯片结构设计及富集效率优化

为了研制高富集效率的介电电泳细胞分析芯片,首先从介电电泳力出发,推导了悬浮细胞所受的介电电泳力公式。通过对比常规微电极的电场强度分布,选择叉指式阵列微电极构建介电电泳芯片;通过模拟不同结构参数下微通道中的电场分布对芯片结构参数进行优化设计。针对Hep G2肝癌细胞,分别分析了细胞受介电电泳力、流体力以及重力作用下的运动情况,获得了Hep G2肝癌细胞富集的初步优化条件。为了对模拟结果进行验证,采用微加工技术制作了介电电泳细胞分析芯片。以Hep G2肝癌细胞为待测样品,当芯片所施加正弦交流电压为5 V,频率为4 MHz时,获得了88.89%的富集效率。     

基于波传播和阻抗特性的裂纹梁损伤识别

基于结构振动波传播理论,讨论了在简谐力作用下,裂纹简支梁的弯曲波动解。为了描述由裂纹引起的梁中波传播的不连续特性,引入弯曲弹簧模型来模拟裂纹,并在此基础上提出了利用梁结构驱动点阻抗特性的裂纹损伤识别方法。以一裂纹简支梁为例进行了数值分析,得到了裂纹简支梁的驱动点阻抗特性曲线。从该曲线可以发现,梁的第一阶谐振频率和反谐振频率都随裂纹的出现而减小,并且频率减少量随裂纹尺寸的增大而增加。结合裂纹梁第一阶谐振频率与驱动点位置关系曲线,利用曲线上出现的突变点,准确地识别了梁的损伤状态和裂纹损伤位置。最后,利用已识别的裂纹位置和第一阶固有频率定量地识别了裂纹尺寸。     

基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法

现有机器人辅助抗阻训练方法大多是运用易受噪声干扰的患肢主动作用力或表面肌电信号直接进行治疗控制器设计,且在设计过程中未能同时将机器人连续变量运动控制与医师离散事件决策控制这种混杂特性融于统一框架内,具有一定的局限。针对上述问题,提出一种基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法,该方法首先根据患肢主动作用力和实际运动位置在线辨识患肢时变生物阻抗;其次,运用混杂控制理论建立机器人辅助抗阻过程系统模型,根据患肢生物阻抗变化分别定义连续系统区域切换离散事件及离散系统控制状态,并基于混杂自动机设计离散事件决策控制器;最后,选用美国Barrett公司WAMTM柔顺机械臂构建康复试验系统,对所设计控制器进行有效性验证。试验结果验证了阻抗辨识和混杂控制理论应用于机器人辅助抗阻训练过程的有效性和实用性。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池等效电路模型参数辨识方法

针对常用的等效电路模型参数辨识软件在使用时需用户多次手动调整初始参数,不利于阻抗谱车载应用的问题,提出了一种无干预的等效电路模型参数辨识方法。根据电化学阻抗谱各特征成分与等效电路模型不同电路环节相对应的规律,通过分段拟合的方法自适应地获取阻抗谱拟合的初值,进而实现了等效电路模型参数辨识。通过解析不同老化状态、荷电状态、温度下的阻抗谱,发现该方法与常用参数辨识软件的结果保持一致,从而为阻抗谱在线应用提供了基础。     

以PC机为核心的转移阻抗测试装置的自动测试系统研制

建立自动测试系统,提高转移阻抗测试装置自动测试水平。测试系统以PC机为核心,选用PCI总线接口。分别采用GPIB卡和多功能数据采集卡获得矢量网络分析仪测试数据和压力位移传感器采集数据。数据在PC机内进行了后期处理,保证了系统测试的适时性,减少了后期数据处理的工作量,测试准确直观。自动测试系统的设计提高了装置整体的测试水平。     

InP系单片集成波长分离器件的设计和制作

设计和制作了 InP/InGaAsP 单输入光波导,多输出光波导,和光栅的单片集成波长分离器件,文中给出了器件的设计参数,以及制作工艺,并给出了该器件的测试原理图。     

基于UV-LIGA技术制造微结构器件试验研究

试验研究了UV-LIGA各工艺环节（包括前后烘、曝光、显影、去胶、电铸等）对金属基片上制造金属微结构器件质量的影响，并组合优化了操作条件和工艺参数。试验结果表明：采用优化后的UV—LIGA工艺条件，制造出的金属微结构器件（如微齿轮、微流道）轮廓清晰，表面质量好，无明显缺陷，与基底结合良好。     

基于SOI的E型膜结构耐高温压力芯片的设计与制造

文中设计了一种基于SOI材料的E型膜结构无引线倒封装压力芯片.SOI材料的选用解决了高温环境下漏电流的问题,可以满足目前航空发动机对于高温使用环境的要求.E型膜结构与传统C型膜结构相比解决了灵敏度与线性度无法同时满足需求的难题.通过无引线倒封装工艺,实现了传感器小型化、轻量化的设计需求.设计的压力传感器量程为0～1.5...     

基于PZT薄膜的集成式微悬臂梁结构设计与制作

设计了基于PZT压电薄膜的双层和双片压电微悬臂梁结构,利用压电材料的正压电效应和逆压电效应,通过两个压电元件实现传感和执行功能的集成.悬臂梁结构采用体硅加工工艺制作,锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3,PZT)压电薄膜采用sol-gel方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制作,压电薄膜具有完整的钙钛矿结构和(111)择优取向.为了提高悬臂梁的性能和制作成品率,对制作微悬臂梁的关键工艺进行了优化.     

“二次源”法阻抗估值算法和数据处理程序设计

针对现有“二次源”法在参考管道上传感器距离是压力波波长整数倍时,泵源估值精度较低,且整个数据处理过程繁琐复杂、费力耗时,导致其不适于工业应用的问题,提出泵源阻抗估值算法优化模型,并应用Matlab/GUI模块编写一套“二次源”法数据处理平台软件,在提高泵源流量脉动的测试精度的同时简化“二次源”法数据处理过程。介绍柱塞泵标准“二次源”法的测试原理,对比几种泵源阻抗估值方法的特点,应用Matlab/GUI模块开发优化的“二次源”法数据处理软件,并进行试验验证。结果表明,相比分布参数法,线性衰减技术能够估测全频率处柱塞泵泵源阻抗,估值效率提高了70%;在保证测试精度的情况下,“二次源”法测试软件简化了标准“二次源”法数据处理过程并节省了80%的计算时间,为“二次源”法的工业应用提供技术支撑。