隨著社會(huì)的進(jìn)步和環(huán)境衛(wèi)生條件的日益改善,人們的生活水平不斷提高,健康狀況越來越受到重視,對疾病的預(yù)防及檢測技術(shù)要求也越來越高。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法和生物醫(yī)療手段繁瑣復(fù)雜,所獲信息量有限,難以滿足對單細(xì)胞層次深入分析研究的需求,發(fā)展一種無損、非侵入、高分辨和可定量的檢測方法,對于研究細(xì)胞和生物組織的結(jié)構(gòu)形態(tài)和生理活動(dòng)特征具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文基于光學(xué)顯微成像技術(shù),設(shè)計(jì)和搭建一套高穩(wěn)定性、高精度的激光衍射相位顯微成像系統(tǒng),并結(jié)合微流體芯片的動(dòng)態(tài)觀測優(yōu)勢,對兩種水源性致病寄生蟲的形態(tài)和干質(zhì)量進(jìn)行定量研究,具體內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)和搭建了基于離軸干涉和共光路布局的激光衍射相位顯微成像系統(tǒng),并從光源、光柵的選擇以及共光路干涉結(jié)構(gòu)等方面對光路系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究。測量了該系統(tǒng)的光程波動(dòng)范圍,得到量化的空間噪聲精度為6.7 nm。以直徑4.8μm的聚苯乙烯微球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)樣品,對該系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證,聚苯乙烯微球的最大相位延遲誤差不超過4%,最大相位延遲測量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相一致。(2)開發(fā)了基于傅里葉變換和希爾伯特變換的相位提取算法,同時(shí)考慮到相機(jī)采樣錯(cuò)誤以及空間噪聲對干涉光場采集過程造成的影響,提出采用Goldstein′s相位解纏算法對包裹相位進(jìn)行解包,減少相位恢復(fù)錯(cuò)誤,通過背景相減法消除成像系統(tǒng)引起的相位偏差,實(shí)現(xiàn)生物樣品相位分布圖像快速、準(zhǔn)確地恢復(fù)。(3)針對寄生蟲卵微小,在水中難以辨認(rèn)和捕捉的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)和制作了具有雙層結(jié)構(gòu)、高捕獲效率的微流體芯片。其中微流體芯片中U型捕獲結(jié)構(gòu)長15μm,寬7.5μm,中心凹槽區(qū)域深度為5μm,寬度為10μm。并在U型捕獲結(jié)構(gòu)與下層芯片之間預(yù)留了2μm的空隙,有效緩解通道內(nèi)水流壓力。利用該微流體芯片可以很好地捕獲寄生蟲卵,并可以對蟲卵進(jìn)行尋址以及定位標(biāo)記,便于對寄生蟲卵動(dòng)態(tài)、大批量地檢測研究。(4)基于上述設(shè)計(jì)的激光衍射相位成像系統(tǒng),結(jié)合微流體芯片的協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)了對賈第鞭毛蟲包囊和隱孢子蟲卵囊定量相位成像。利用激光衍射相位顯微成像系統(tǒng)獲取到兩種寄生蟲的相位分布圖,在對相位圖進(jìn)行測量和積分運(yùn)算,得到100只賈第鞭毛蟲包囊長軸在8~15μm之間,短軸在4~7μm之間,干質(zhì)量在42.70-137.07 pg之間,100只隱孢子蟲卵長軸在4~6μm之間,短軸在3~5μm之間,干質(zhì)量范圍在6.13~14.00pg之間。并對賈第鞭毛蟲包囊的死活狀態(tài)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測量,125只賈第鞭毛蟲包囊在致死之后,平均干質(zhì)量減少了48.64 pg。上述結(jié)果表明,激光衍射相位顯微成像系統(tǒng)結(jié)合微流體芯片可以實(shí)現(xiàn)對微小生物體進(jìn)行定量、動(dòng)態(tài)地測量,并得到其形態(tài)學(xué)和生理活動(dòng)等相關(guān)參數(shù)。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN24
【部分圖文】：

傅里葉相位顯微技術(shù)示意圖

空間光干涉顯微技術(shù)[32]

數(shù)字全息顯微鏡裝置示意圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2892860