微流控系統(tǒng)的高通量液滴檢測.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)用于化學分析、生物制藥、DNA擴增、細胞分析等，這些應(yīng)用對液滴微流控系統(tǒng)有一個共同的要求，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)的液滴檢測成為迫切要求。本研究在對現(xiàn)有液滴檢測方法綜述的基礎(chǔ)上，本著設(shè)計可攜帶、便于檢測液滴、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方法。其優(yōu)點是無需添加標記物、檢測靈敏度高、適用于

2、現(xiàn)場檢測。
　　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)是由氮氣瓶、微泵、微流控芯片、液滴收集裝置和其他實驗需要裝置組成，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實驗。數(shù)碼顯微系統(tǒng)包括顯微鏡、CCD相機、顯示器，數(shù)碼顯微系統(tǒng)用于觀察液滴生成實驗的過程、對液滴進行圖像采集、圖像處理等。
　　本研究首先介紹利用圖像處理的方法進行微通道中液滴檢測，由于本研究中的微流控系統(tǒng)將應(yīng)用于現(xiàn)場檢測（

3、非實驗室條件），所以利用普通CCD相機進行液滴圖像采集。由于普通相機的曝光時間比較長，對于在芯片中運動的液滴進行采集的液滴圖像具有運動模糊，為了提高液滴檢測精度，運動去模糊是一個不可缺少的部分。本論文首先在液滴圖像去噪的基礎(chǔ)上進行運動去模糊，通過運動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，將液滴圖像的目標信息提取出來，減少圖像處理過程中數(shù)據(jù)的運算量；再其后是邊緣檢測，檢測出

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算液滴的體積。
　　本論文中液滴圖像去噪是液滴圖像檢測液滴的第一步，去噪結(jié)果直接影響到后續(xù)液滴圖像處理結(jié)果和液滴檢測精度。本研究針對液滴圖像去噪采用具有良好的時頻特性的小波去噪算法，并對小波去噪的軟、硬閾值法進行改進，采用了介于軟閾值和硬閾值函數(shù)之間的閾值函數(shù)進行液滴圖像小波去噪。
　　由于基于圖像處理方法對微通道液滴的檢測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微通道中液滴進行檢測。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)果進行電容微流控芯片設(shè)計，電容微流控芯片由微通道和電容傳感器組成。其后設(shè)計了外部檢測電路，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，通過外部檢測電路設(shè)計檢測電容的微小變化，而且將電容變化信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。
　　通過以上工作，檢測