基于介电润湿的数字微流控系统液滴精准生成与分裂

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作.针对目前基于EWOD的DMF系统液滴生成和分裂精度不高、效率低、难以精准控制的问题,在传统的电极设计基础上,设计了一种可以实现液滴精准生成和分裂的混合型驱动电极的EWOD芯片,并且研制了能与设计芯片匹配的驱动控制系统....     

基于数字微流控芯片的液滴驱动及检测集成化

为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电容值差异获得液滴位置,借助分时工作方式通过电极复用实现驱动与检测的结合,既可有效保证液滴的准确控制,又可大大减少引线密度,降低芯片加工难度。实验结果表明电极上有无液滴时电容值差异明显,差值最大可达1 400 fF,且可靠性良好,电容值误差范围保持在2%以内,经可见光图像验证,液滴位置检测准确率可达100%。根据检测到的液滴位置,利用搭建完成的数字微流控系统为液滴规划路径,完成了高锰酸钾与维生素C溶液的褪色反应,证明本系统可实时完成液滴的可控驱动与准确检测。     

基于改进等效电容模型的数字微流控液滴定位反馈系统

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控技术是近十年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。为了满足对数字微流控中液滴精准驱动与控制的迫切需求,结合现有的液滴定位方法的研究,设计了改进的等效电容模型,该模型方法在无输入参数下实现多液滴的定位。基于该液滴定位模型,提出了驱动参数的反馈优先级调整策略,最终实现了一套具备驱动、定位及反馈一体的数字微流控控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高微液滴的连续输运的成功率,在同样的芯片参数结构下,成功率提高了接近40%,对数字微流控系统进一步的应用研究具有一定指导意义。     

基于介电润湿的微流控液滴定位与反馈系统研究

基于介电润湿效应的数字微流控技术是近年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。针对目前对微流控精准驱动与控制的迫切需求,从介电润湿驱动机理分析入手,开展微量液滴驱动理论研究,设计实现了一款低电压驱动微流控芯片。同时通过建立液滴模型与分析液滴连续运动的特性,提出一个改进的芯片-液滴等效电容系统模型。根据这个模型,设计一套高智能化和精确度的液滴运动定位反馈系统。液滴移动实验表明设计的液滴定位反馈系统能精确地定位液滴当前的运动位置与状态。实时地把定位信息准确地反馈到驱动系统,提高了液滴移动的连续性和液滴移动速度。     

一种双极板结构数字微流控芯片研制

基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片.为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构.30 V直流电压作用下,成功实现了对0.5 μL去离子水微液滴的连续输运操控;且在100 V以内电压作用时,均未出现介电层击穿.实验结果表明所研制数字微流控芯片可行.     

基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片

根据介电润湿(EWOD)原理,建立了电润湿力与驱动电压的关系,提出一种基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片设计方案。该芯片利用MEMS技术在铬版玻璃上分别制作出金属微电极阵列和聚酰亚胺介质膜,再使用聚四氟乙烯分散液进行疏水处理,通过在电极阵列和微液滴之间直接施加电压以实现微液滴的驱动。对单平面微液滴驱动芯片的液滴介电润湿效应进行了仿真分析,结果表明仅使用疏水层便可观察到明显的介电润湿现象,接触角测量值与理论值吻合较好。使用该驱动芯片成功实现了微液滴的稳定传输,传输速度达到3.31 mm/s左右,并在实验基础上分析了传输速度与驱动电压幅值和频率的关系。     

基于介电润湿效应的微液滴操控

基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进.结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数字微流控芯片,并加工出介电层分别为SiO2及SiO2-Si3N4-SiO2两种结构的芯片.实验结果表明,在接触角饱和阶段,所改进的Young-Lippmann方程能在一定程度上反映微液滴接触角的变化趋势.此外,SiO2-Si3N4-SiO2复合介电层结构中的微液滴操控电压低于SiO2单一介电层中微液滴操控电压.     

基于介质上电润湿的数字微流控器件的模拟

根据介质上电润湿的基本理论,利用计算流体动力学软件CFD—ACE＋,成功模拟出了典型的“三明治”结构数字微流控器件中水滴输运、产生、分离和合并的全过程。模拟结果显示,上下极板间距和液滴输运速度之间呈线性关系;并且,当极板间距大于200μm时,液滴分离容易失败。模拟结果与已有的实验结果符合的非常好。     

数字微流控生物芯片的电极管脚控制信号处理

随着对数字微流控生物芯片的深入研究,直接寻址DMFB需要大量独立控制引脚,显著增加了产品的制造成本。文中根据液滴路由路径,产生液滴路由所经过电极的驱动序列,利用芯片中一个引脚最多所能驱动的电极数量值,对产生的电极驱动序列进行分区,对每个分区中的电极驱动序列进行比对,找出相互兼容的以此来减少控制引脚的数量。实验结果表明,该方案与交叉引用等方法相比,减少了控制引脚的数量,实现了对电极管脚控制信号的处理。     

基于微流控技术的数字PCR的发展及其应用

作为一种新兴的扩增检测技术,基于微流控的数字聚合酶链式反应(PCR)有着高通量、高灵敏度及高耐受性等优势,因而得到了研究者的广泛关注,其相关技术也在不断的发展中。综述了基于微流控的数字PCR的研究进展,重点讨论了基于微流控的数字PCR的液滴打印技术、多层微流控芯片技术、微珠技术、聚二甲基硅氧烷(PDMS)技术等的不同实现方式。介绍了基于微流控的数字PCR在定量检测、精准分子诊断、肿瘤个性化诊断以及食品安全检测中的应用。最后,对基于微流控的数字PCR技术目前存在的不足和问题进行了阐述,并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

基于介质上电润湿的液滴产生器的研究

根据介质上电润湿的基本原理,对用于数字微流控系统的"三明治"结构器件中影响液滴输运和产生的因素进行了理论分析,并研制出了一种新型液滴产生器原型:液体被夹在上下两个电极板之间;下极板采用硅作为衬底、LPCVD掺杂多晶硅微电极阵列上热氧化生长的的SiO2薄膜作为介质层;上极板采用ITO透明导电玻璃板作为地电极;另外,在上下极板的表面都均匀旋转涂覆了一层30 nm厚的Teflon薄膜为表面疏水层.实验结果表明,在空气气氛中,该器件在10 Hz 70 V的脉冲电压下成功地实现了从蓄水池中对去离子水滴的分发.     

基于蚁群算法的数字微流控芯片并行测试

可靠性是数字微流控生物芯片的一项重要指标,尤其是在安全性要求较高的应用领域。因此,芯片需要在生产制造后或生化实验前进行充分测试,以排除故障,确保实验结果准确。文中针对芯片的结构故障,提出了一种基于蚁群算法的并行测试方案,实现对较大规模的数字微流控芯片进行多液滴并行测试。该方案首先将芯片模型转化为MTSP模型,并利用蚁群算法分布式计算特性搜索多组优化的测试路径,完成对数字微流控芯片实验路径的测试。实验结果表明,该方案可用于在线测试,并能有效地减少大规模芯片的测试时间,且提高了工作效率。     

基于红外超声光电编码器的室内移动小车定位系统

超声波定位技术多是对静止物体的绝对定位,目前已达到较高的定位精度,但是对移动物体的定位精度比较低,而且还存在定位盲区的问题。为了提高对移动物体的定位精度和消除定位盲区,综合采用了红外超声三边测距的绝对定位方法和光电编码器航迹推算的相对定位方法对二轮驱动移动小车进行定位,并且对电路器件延迟产生的误差进行了校正,增加了温度补偿矫正超声波传输速度的功能。实验结果表明此设计能够比较准确地测量小车的运行轨迹和方向,并解决了传统单纯依靠红外超声定位存在的盲区问题。     

基于拉普拉斯金字塔的红外光强与偏振图像融合

利用红外偏振信息(偏振度、偏振角)对目标进行成像,可以更好地抑制图像的背景噪声,提高信噪比。而且偏振信息相对于光强信息一般会蕴含更丰富的目标边缘轮廓信息。因此,提出一种将红外辐射光强图像和偏振度图像进行融合的算法。此方法首先对参与融合的每幅图像分别进行拉普拉斯金字塔分解,获得每层的分解图像;然后对分解后的每层图像采用不同的融合方法进行图像融合,获得每层融合图像,并对每层融合后的图像进行图像重构,得到最后的融合结果。多幅图像融合后的效果表明该方法能够增加图像的信息量,有利于场景感知和目标识别。     

近红外可见光傅里叶变换光谱仪的参考激光数字倍频方法研究

近红外可见光傅里叶变换光谱仪需要使用倍频后的参考激光千涉信号作为采样信号。由于锁相环倍频无法适用于低频的非周期信号,而传统的数字倍频方法误差又较大,因此提出了一种经过改进的基于传统数字倍频方法的算法,并对其进行了仿真和验证。实验结果表明,算法改进后,输出波形的非均匀性误差从-2%~+1.6%提高到了-0.82%~+0.4%,说明由倍频产生的非均匀性误差得到了良好改善。     

红外系统杂散光测量装置

为了定量检测出红外系统的杂散辐射,建立了点光源透射法为理论基础的红外系统杂散光测量装置。采用功率5 W的CO2激光,通过扩束准直系统后,得到均匀的入射辐照度场;通过被测红外系统后,得到随视场角（－10°～－2.5°）与（2.5°～10°）变化的像面辐照度场分布,进而得到杂光指数PST,有效评价出红外成像系统对杂散光的抑制水平。     

基于PCIE的红外焦平面探测器测试系统

介绍了一套自制高效的红外焦平面器件性能参数测试系统,建立了包括控制模块、辐射源、UFPA模块、信号采集模块和上位机程序在内的测试平台,分析了该系统平台的关键技术.系统可实现实时的数据采集,同时对RMS噪声、非均匀性、响应率、探测率、噪声等效功率和噪声等效温差等关键参数进行快速有效的计算分析,并能准确统计出盲元的数量和位置,分析、评估和存储器件每个像元的性能参数.     

基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器

提出一种基于Kretschmann结构的新型棱镜表面等离子体波共振(SPR)传感方法.基于常规SPR角度检测系统,固定入射光角度,检测不同待测液体介质所对应的光强反射率,实现对液体相关性质的检测.通过建立理论模型和数值模拟,考察棱镜基体类型、金属薄膜介电常数和厚度、入射光波长等参数对SPR光强反射率的影响,进而提出耦合系数η用以衡量SPR效应强弱和变化趋势.此检测方法可省去常规角度调制系统中精密角度旋转装置,无需实时调整光探测器接收角度,并可根据需要动态调整检测范围.     

数字合成全息系统中空间光调制器DMD的研究

研究了数字合成全息系统(DSHS)中数字微反射器(DMD)的光学反射衍射混合的性质,解释了入射光入射角度任意性而不必拘泥于20°的原因,对DMD反射衍射混合成像的特性从其微结构角度进行了分析,特别注意了微反射镜的镜轴方向对图像成像区域和图像灰度的影响。针对DMD的性质设计了实验并得出了结果,用DMD作空间光调制器(SLM)实现了DSHS的设计。     

基于PC的通信井红外报警监控系统

利用漫反射式红外传感器、数字编/译码集成电路、专用电源系统以及LED数码管等器件,设计了一种通信井红外报警监控系统.当某个或某些井盖被揭起或移动时,红外接收端接收不到漫反射红外光信号.此时,监控模块将会输出报警信号脉冲,各自对应的井盖指示灯以红色闪烁显示,并发出报警信号,提醒值班人员注意,同时显示井盖号.由于该系统采用...