【摘要】：液滴微流控作為微流控的一個分支,以其尺寸小、所需樣品少、密封的微環(huán)境無交叉污染等優(yōu)勢在近年來受到了越來越多的關(guān)注,成了一個快速發(fā)展的研究方向。液滴微流控芯片技術(shù)的實用化進(jìn)程對芯片信息采集系統(tǒng)提出了小型化、低成本、方便快捷的要求。但是目前的信息采集設(shè)備主要依賴于大型昂貴的實驗設(shè)備,這些設(shè)備不僅體積龐大、成本高,而且讀出過程耗時長、人工參與過多。本文針對微流控芯片中的觀測設(shè)計了基于視覺暫留現(xiàn)象的微流控系統(tǒng)高通量液滴信息檢測系統(tǒng),實現(xiàn)了觀測液滴生成時的信息,以及利用高速攝像機(jī)比對最后的結(jié)果,主要完成以下研究工作:1.基于視覺暫留的液滴觀測系統(tǒng):利用液滴的產(chǎn)生具有周期性這一特點(diǎn),用視覺暫留這一現(xiàn)象,通過低頻率已知的閃爍光源去映射高頻率未知的液滴頻率,得到兩個連續(xù)頻率,來計算出液滴的實際頻率,還可以利用液滴的間距得出液滴的速度2.改進(jìn)液滴觀測系統(tǒng)使其能實時地得出液滴的頻率:由于普通的CCD相機(jī)的曝光時間比較長,在液滴模糊和液滴清晰兩種狀態(tài)之間的情況,計算機(jī)不易識別,而且由于曝光時間過長,LED的頻率跨度過大,導(dǎo)致照片的灰度值相差太大,不易于計算機(jī)檢測出有效的信息進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過使用Qimaging R2000的CCD相機(jī)的自觸發(fā),使得曝光頻率調(diào)節(jié)到很小,可以小于10μs。這時成像模糊清晰的這一特點(diǎn)變成了液滴移動的快慢,這樣更利于計算機(jī)實時調(diào)節(jié)液滴頻率。3.為了使系統(tǒng)更加的小型化,便于搭建和降低成本,嘗試?yán)檬髽?biāo)中的光流傳感器代替CCD相機(jī)。因為要知道光流傳感器是否對焦和圖像要經(jīng)過電腦處理,所以第一步就是要把光流傳感器的圖像讀入到電腦,現(xiàn)階段成功的把圖像利用Arduino開發(fā)板通過串口通訊把圖像導(dǎo)入到電腦。
【圖文】：

通過向三嵌段共聚物中引入線性聚甘油羥基（LPG（OH））和聚（甲基甘油）甲氧基（LPG（OMe）），如圖 2.1（A）.[31]所示，合成的 PFPE-LPG-PFPE 表面活性劑不僅顯示出良好的生物相容性，而且對于側(cè)鏈的額外化學(xué)修飾也是可行的，因此有希望用于產(chǎn)生液滴的功能內(nèi)表面。除了生物相容性之外，可能的分子交換也是一個考慮因素。值得注意的是，液滴不一定是完全密封的，因為小分子可以通過由表面活性劑形成的雙層。擴(kuò)散能力取決于表面活性劑和被包封的分子的性質(zhì)。最近進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以揭開 PFPE-PEG-PFPE 穩(wěn)定的氟化油包水乳狀液系統(tǒng)中的分子運(yùn)輸機(jī)制.[32]在具有精確控制參數(shù)和微環(huán)境的微流體中產(chǎn)生了“最小乳液”液滴。不同的熒光團(tuán)作為模型分子應(yīng)用于液滴內(nèi)部，，通過測量熒光強(qiáng)度來定量分析它們的轉(zhuǎn)運(yùn)，熒光強(qiáng)度描述了濃度。結(jié)果顯示，運(yùn)輸?shù)臅r間尺度在幾分鐘到幾十小時之間的不同內(nèi)容之間變化，如圖 2.1B 所示。作者還提出了兩種可能的表面活性劑超分子組裝體結(jié)構(gòu)。結(jié)合數(shù)學(xué)模型分析，他們得出結(jié)論：運(yùn)輸過程受擴(kuò)散限制; 表面活性劑分子的組裝形成囊泡并且充當(dāng)納米級介質(zhì)以介導(dǎo)內(nèi)部分子在載體相中的溶解度。除了溶質(zhì)交換之外，溶劑還可以響應(yīng)于滲透壓差而在水-油界面上運(yùn)輸，為了保持液滴完好，應(yīng)該考慮滲透壓差。

圖 2.2 試劑在液滴中封裝Fig.2.2 Reagent encapsulation in droplets在準(zhǔn)確控制試劑添加順序（例如多步反應(yīng)）的情況下，樣品應(yīng)該在特定的和位置以固定的量直接注入液滴中。 例如，開發(fā)了一種強(qiáng)大的技術(shù)，通過驅(qū)動將試劑通過皮可注射器注入液滴.[35]一系列液滴由注射器流動并激勵電而使液滴界面不穩(wěn)定，從而使試劑 如圖 2.2C 所示。 通過切換電場來選擇進(jìn)行注入，并且通過改變液滴速度和注射壓力可以精確地調(diào)整添加的體積。，組合注射也可以通過獨(dú)立控制多個注射器來實現(xiàn).3.2 液滴索引含有試劑的液滴是在整個分析過程中會發(fā)展的信息載體。因此，對于追蹤始特征或區(qū)分它們而言，對液滴進(jìn)行索引是至關(guān)重要的，尤其是當(dāng)大量試劑一個系統(tǒng)時。為了避免條形碼信號和反應(yīng)信號之間的干擾，可以交替產(chǎn)生液：一個用于反應(yīng)，另一個用于反應(yīng) 進(jìn)行索引。例如，包含熒光染料的微滴主流道兩側(cè)具有兩個 T 型接頭的微流體裝置中產(chǎn)生。在適當(dāng)?shù)牧鲃訔l件下（，粘度，流速等），微滴成對出現(xiàn)，沒有聚結(jié) 如圖 2.3a 所示
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN492

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本文編號：2606688