高功率发光二极管诱导荧光微流控芯片分析小型化检测器的研制

以高功率发光二极管（LED）为激发光源,研制了一种新型的小型化LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测。利用MOS管的压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定。通过设计和制造光学结构,成功将LED的发散光聚焦成约3.5mm×0.3mm的线状光束,可方便地与微流控芯片中的微通道对准,避免了复杂的机械校准结构。光学系统体积大大减少,约为9.5cm×4cm×17cm。用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明LED激发光源稳定,检测器重复性好;样品峰形良好,可用于微芯片毛细管电泳分析检测。基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化。     

微流控芯片凝血检测装置的设计

在传统检测原理及方法的基础上,设计了一种凝血检测装置。重点对检测装置的机械部分进行了改善,选择微流控芯片替代传统的玻璃试管作为检测容器。实验结果表明,与传统玻璃试管相比,采用微流控芯片作为检测容器,试剂混合均匀,检测结果的重复性好。     

微流控芯片光散射检测仿真研究

微纳米尺度下的光散射检测是微流控芯片技术的重要研究领域之一,由于尺寸微小,芯片结构、材料等因素对检测结果的影响,以及光子与物质碰撞导致的光的走向和散失等特性,无法在实验室中直接观测,因此,计算机仿真成为微流控芯片技术研究的重要手段。本实验利用Tracepro等软件进行微流控芯片的建模和检测仿真,验证其原理,并有效避免设计缺陷。     

微流控芯片在医学检测中的应用

近年来,微流控芯片以其快速分析,低消耗,微型化和自动化等特点发展非常迅速。本文对微流控芯片技术做了简要的介绍,讨论了其在医学检测领域的应用。并重点分析了可用于医学检测的微流控芯片技术。包括Ca^2＋、NO^2＋等离子的分离与检测,葡萄糖、尿酸等代谢物的测定。     

三维培养结肠癌细胞的微流控芯片荧光成像研究

改良了一种微流控芯片,可用于对结肠癌细胞进行三维培养并实现实时荧光成像。在结肠癌细胞内植入内源性的红色荧光蛋白,使用激光共聚焦显微镜对芯片中三维培养的细胞进行成像。通过细胞内部红色荧光蛋白的表达,可以观测到细胞的生长状态,实现对细胞的实时监测和高分辨率荧光成像。同时,通过免疫荧光染色来表征反映细胞活性的特征蛋白,其荧光强度和蛋白表达呈正相关。研究结果提示,细胞活性相关蛋白的表达受到微环境的影响,其在芯片三维培养中的活性强于二维培养,表明芯片内环境更加接近真实的人体微环境。该方法为进一步探究肿瘤细胞转移机制及相关药物的筛选研究提供了一种新的技术手段及实验平台。     

微流控芯片分析系统的最新研究进展

系统地介绍了目前国内外微流控芯片分析系统的发展概况,重点从仪器小型化、系统集成化、生物分析领域应用、微加工技术以及多种检测技术等方面讨论了微流控芯片分析系统最近几年所取得的进展.并指出了它当前所面临的一些问题.     

多通道微流控电泳芯片CCD检测系统

针对微流控电泳芯片检测系统微型化、集成化的要求,分析了传统电泳芯片检测系统的优势和不足,提出一种以FPGA芯片为控制器的CCD多通道微流控电泳芯片检测系统。利用FPGA/NiosⅡ嵌入式系统解决方案,以EP2C8Q208芯片为核心,设计了CCD驱动及外围硬件电路。通过上位机软件进行数据处理,实现了荧光图谱的同步显示。实验结果表明:该系统能同时检测多通道微流控电泳芯片中各通道不同的荧光信号强度,具有较高的灵敏度和信噪比,对罗丹明B样品的最低检测浓度为1.0×10-6mol/L,能够满足多通道微流控电泳芯片检测的要求。     

SARS病毒的微流控芯片实验室系统检测

采用自行设计的RT-PCR试剂盒。在自制的由聚合酶链反应(PCR)——毛管电泳(CE)芯片、芯片热循环仪和激光诱导荧光芯片分析仪组成的微流控芯片系统上，对SARS病毒(重症急性呼吸综合症)和18例SARS患者咽拭子样品连行了分析和检测，实现了聚合酶链反应和电泳检测的微流控芯片在线分析。微流控芯片系统具有高检潮灵敏度、高分辨率、高检出率等优点，试剂消耗少和检测时间短，可能成为SARS早期检测的一种新的手段。     

热压法快速制作微流控芯片模具

提出了一种微流控芯片模具的快速批量制作方法。应用光刻与湿法腐蚀技术制作玻璃母模,然后采用热压成形技术批量制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阳模,再利用阳模浇模、键合批量制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。结果表明,该法制作的PMMA模具及复制得到的PDMS芯片平整度好、一致性高,其沟道宽度和深度的相对标准偏差分别小于0.5%和1.5%。     

发光二极管诱导荧光微芯片分析检测器的研制

以高功率发光二极管(LED)为激发光源,研制了一种小型LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测.利用MOS管压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定.通过设计和制造光学结构,成功地将LED发散光聚焦成约3.5 mm×0.3 mm的线状光束,实现了与微流控芯片中的微通道对准,简化了复杂的机械校准结构,且大大减少了光学系统体积(约为9.5 cm×4 cm×17 cm).用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明,LED激发光源稳定,检测器重复性好,可用于微流控芯片毛细管电泳分析检测,基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化.     

集成封装发光二极管光提取效率的计算及优化

基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管(LED)集成封装器件COB(Chip On Board)能效的影响。计算结果表明:在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下,正装LED COB的能效最低,其次为倒装LED COB,垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm,3种LED COB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升,而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效,但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明:芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局,与常规正方形芯片布局的COB相比,其能效提高了6.2%。     

Multichip on Aluminum Metal Plate Technology for High Power LED Packaging

Multichip on Aluminum Metal Plate(MOAMP) technology with simple structure and low thermal resistance is developed for effective heat removal of Light Emitting Diode(LED) p-n junction and LED lighting module to have high reliability. The thermal resistance of LED modules was numerical and experimental. Thermal resistance from the junction to aluminum metal plate, considering input power of LED module using MOAMP technology, is 3.02 K/W, 3.23 K/W for the measured and calculated, respectively. We expect that the reported MOAMP technology with low thermal resistance will be a promising solution for high power LED lighting modules.     

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。     

LED在道路照明中的光效优势

选择路灯时,需基于恰当的光度测量模型对不同类型路灯的发光效率进行比较.以两种常用路灯光源和两种LED路灯光源为研究对象,对道路照明环境中人眼处于的视觉状态进行了分析,进而通过MOVE模型求得这4种路灯在中间视觉状态下的发光效率.与明视觉状态下的发光效率比较,LED路灯和金属卤素路灯在中间视觉状态下的发光效率大大提高,而...     

用于机载液晶显示的四基色发光二极管背光源

针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。     

基于相频空间稀疏性快速估计发光二极管灯点参数

为了得到每个发光二极管(LED)灯点对某些目标位置的贡献量,以便获得、记录或重现特定的LED照明模式,本文对控制LED灯点的脉宽调制波形(PWM)的参数(振幅、频率偏移量、相位延迟)估计问题进行了研究。首先,将频率偏移-相位延迟空间离散化成网状格点空间,根据测量到的数据在格点空间具有稀疏性的特点建立了稀疏模型。然后,基于该稀疏模型,利用正交匹配追踪算法(OMP)用很少的采样点快速地重建出未知参数。最后,采用逐级迭代细分网格技术优化稀疏模型以便有效地抑制估计误差。实验结果表明,本文方法仅使用相当于奈奎斯特采样定理要求的27.5%的采样点即可准确地重建未知参数,从而快速估计LED灯点的参数。在理想情况下,本文算法的均方根误差小于068%。另外,不同噪声条件下的对比实验说明该算法在信噪比大于20 db时鲁棒性较好。     

用于侧出式发光二极管背光的全局动态调光算法

结合背光源发展趋势,提出了适用于侧出式LED背光的全局动态调光算法。首先,根据显示图片平均灰度值、最大灰度值和平均值的差值确定背光调光亮度。接着,基于S曲线对液晶像素亮度值进行补偿。亮度大于S曲线拐点的像素的调整因子大于1,小于拐点的像素的调整因子小于1,以此有效提高静态对比度,并且不会引入溢出失真。对算法进行了仿真分析并开发了原理样机进行实际验证。结果表明:采用动态调光算法的液晶显示器的功耗严重依赖于显示内容;显示40幅不同类型的图片时,平均整机节能为9.39%;静态对比度提高了124.7%。采用本文提出的全局动态调光算法的侧出式背光具有成本低、体积轻薄、节能、对比度高的优点。     

具有三维聚焦功能的微流控芯片

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数,采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片).使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本,并进行了芯片的封装与测试.首先,利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道;然后,利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模,得到其负模结构;对负模结构进行表面处理后,再进行二次倒模,得到PDMS微流沟道;最后,封装PDMS微流沟道与盖片,制得微流控芯片,并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试.实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同,得到样本流的聚焦宽度也不同.当鞘流与样本流流速比为20∶1时,可以得到约10.4 μm的聚焦宽度.结果表明,该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求.采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点.