微流控系統(tǒng)的高通量液滴檢測(cè).pdf

1、隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，液滴微流控系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)分析、生物制藥、DNA擴(kuò)增、細(xì)胞分析等，這些應(yīng)用對(duì)液滴微流控系統(tǒng)有一個(gè)共同的要求，即精確控制液滴的大小、速度、液滴內(nèi)含物濃度等參數(shù)，因此液滴微流控系統(tǒng)的液滴檢測(cè)成為迫切要求。本研究在對(duì)現(xiàn)有液滴檢測(cè)方法綜述的基礎(chǔ)上，本著設(shè)計(jì)可攜帶、便于檢測(cè)液滴、精確控制液滴的微流控制系統(tǒng)為目的，提出了基于圖像處理方法和基于電容原理的兩種微通道中液滴檢測(cè)方法。其優(yōu)點(diǎn)是無需添加標(biāo)記物、檢測(cè)靈敏度高、適用于

2、現(xiàn)場檢測(cè)。
　　本研究搭建的液滴微流控系統(tǒng)由液滴生成系統(tǒng)和數(shù)碼顯微系統(tǒng)組成。液滴生成系統(tǒng)是由氮?dú)馄?、微泵、微流控芯片、液滴收集裝置和其他實(shí)驗(yàn)需要裝置組成，液滴生成系統(tǒng)是用于生成液滴，生成的液滴用于液滴檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。數(shù)碼顯微系統(tǒng)包括顯微鏡、CCD相機(jī)、顯示器，數(shù)碼顯微系統(tǒng)用于觀察液滴生成實(shí)驗(yàn)的過程、對(duì)液滴進(jìn)行圖像采集、圖像處理等。
　　本研究首先介紹利用圖像處理的方法進(jìn)行微通道中液滴檢測(cè)，由于本研究中的微流控系統(tǒng)將應(yīng)用于現(xiàn)場檢測(cè)（

3、非實(shí)驗(yàn)室條件），所以利用普通CCD相機(jī)進(jìn)行液滴圖像采集。由于普通相機(jī)的曝光時(shí)間比較長，對(duì)于在芯片中運(yùn)動(dòng)的液滴進(jìn)行采集的液滴圖像具有運(yùn)動(dòng)模糊，為了提高液滴檢測(cè)精度，運(yùn)動(dòng)去模糊是一個(gè)不可缺少的部分。本論文首先在液滴圖像去噪的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)去模糊，通過運(yùn)動(dòng)去模糊解決液滴圖像的模糊問題；其后是圖像閾值分割，將液滴圖像分為液滴區(qū)域和背景區(qū)域；然后是興趣區(qū)域提取，將液滴圖像的目標(biāo)信息提取出來，減少圖像處理過程中數(shù)據(jù)的運(yùn)算量；再其后是邊緣檢測(cè)，檢測(cè)出

4、液滴的邊緣，即可得到液滴的形狀和尺寸，并利用得到的液滴尺寸計(jì)算液滴的體積。
　　本論文中液滴圖像去噪是液滴圖像檢測(cè)液滴的第一步，去噪結(jié)果直接影響到后續(xù)液滴圖像處理結(jié)果和液滴檢測(cè)精度。本研究針對(duì)液滴圖像去噪采用具有良好的時(shí)頻特性的小波去噪算法，并對(duì)小波去噪的軟、硬閾值法進(jìn)行改進(jìn)，采用了介于軟閾值和硬閾值函數(shù)之間的閾值函數(shù)進(jìn)行液滴圖像小波去噪。
　　由于基于圖像處理方法對(duì)微通道液滴的檢測(cè)只能得到液滴的形狀、尺寸和體積，得到的液滴

5、的信息不夠全，具有一定的限制性。為了獲得更多更全的液滴信息，本研究提出了基于電容傳感器原理對(duì)微通道中液滴進(jìn)行檢測(cè)。本研究通過數(shù)值模擬獲得液滴生成的最佳條件，并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)的結(jié)果進(jìn)行電容微流控芯片設(shè)計(jì)，電容微流控芯片由微通道和電容傳感器組成。其后設(shè)計(jì)了外部檢測(cè)電路，由于微通道中液滴的尺寸很小，液滴通過電容傳感器引起電容的變化很小，通過外部檢測(cè)電路設(shè)計(jì)檢測(cè)電容的微小變化，而且將電容變化信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。
　　通過以上工作，檢測(cè)