開發(fā)具有理想功能和性能的高效微納流控芯片是世界各國(guó)研究人員的夢(mèng)想。然而,功能性微流體器件的發(fā)展需要對(duì)所涉及的流體動(dòng)力學(xué)有深入的了解。當(dāng)流體的尺寸減小到納米尺度時(shí),許多新的流動(dòng)現(xiàn)象已經(jīng)被觀察到,并沒有得到解決。為了揭示微/納米流體力學(xué)中的難題,發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象,對(duì)微/納米流體學(xué)的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行全面的理解,需要適當(dāng)?shù)牧魉僭\斷技術(shù)。本文以Coumarin 102為熒光染料基于共聚焦顯微系統(tǒng),研究了Coumarin 102熒光激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、光漂白時(shí)間常數(shù)等因素對(duì)LIFPA測(cè)量的影響。我們發(fā)現(xiàn),在無光漂白的激發(fā)光譜測(cè)量中,激發(fā)光譜的峰值位置隨著染料濃度的增大向長(zhǎng)波方向移動(dòng),即“紅移”;在有光漂白的情況下,Coumarin 102溶液的發(fā)射光譜向短波方向移動(dòng),即“藍(lán)移”,并且藍(lán)移程度隨著染料濃度增大,我們嘗試用光化學(xué)反應(yīng)解釋漂白現(xiàn)象的機(jī)理。同時(shí),在發(fā)射光譜的不同波段也觀察到不同的光漂白時(shí)間常數(shù),這是除了熒光染料濃度,激光功率等影響因素外新發(fā)現(xiàn)的能對(duì)光漂白時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生影響的參數(shù)。并且測(cè)量的所有的光漂白時(shí)間常數(shù)都在3μs以下,幾乎比之前研究發(fā)現(xiàn)的光漂白時(shí)間常數(shù)的要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。在所有光譜帶中,研究給出470-492nm的光譜帶能提供較高的熒光強(qiáng)度和更好的速度測(cè)量精度,適合用于對(duì)于研究具有較小速度波動(dòng)和相對(duì)較低頻率的流動(dòng),430和460nm波段則可以提供更高的時(shí)間分辨率,適用于研究研究高頻快速瞬變過程。最后,通過對(duì)LIFPA裝置的改進(jìn),將傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡的熒光信號(hào)接收光路中的單根光纖或者小孔替換成光纖叢,從而在端面進(jìn)行空間濾波的同時(shí),對(duì)熒光光斑的強(qiáng)度分布進(jìn)行同時(shí)測(cè)量,進(jìn)一步根據(jù)熒光強(qiáng)度沿流動(dòng)方向減小的分布規(guī)律,實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直于光軸的平面上的流動(dòng)大小和方向的同時(shí)測(cè)量,亦即實(shí)現(xiàn)二維流動(dòng)速度矢量的測(cè)量。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O657.3;TQ617.3
【部分圖文】：

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文4）表示一個(gè)給定的系統(tǒng)（包括給定的染料、緩沖液和激光光束特性）中， 隨 增而增加。如果熒光強(qiáng)度 已知，使用方程（4）就可以計(jì)算出流動(dòng)速度 。激光束寬越小，模型就更精確。實(shí)際上，光漂白時(shí)間常數(shù) 作為一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，依賴于探測(cè)的激光強(qiáng)度、激光束寬度、特定染料和緩沖液、染料濃度和緩沖液濃度。因?yàn)檫@些數(shù)和光漂白時(shí)間常數(shù) 從理論上很難建立關(guān)系，光漂白時(shí)間常數(shù) 需要通過實(shí)驗(yàn)確定。如，使用幾個(gè)已知的流速 值及其對(duì)應(yīng)的 值，我們可以通過方程（4）計(jì)算確定光白時(shí)間常數(shù) 的值。另一個(gè)方法是直接校準(zhǔn) 和 之間的關(guān)系，校準(zhǔn)曲線可以使用多式擬合，通過校準(zhǔn)關(guān)系，任何 都可以通過測(cè)量 來計(jì)算，這是我們實(shí)驗(yàn)中通常使校準(zhǔn)曲線的方法。LIFPA 的測(cè)量原理示意圖如圖 1 所示。

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文光斑，采用空間濾光器（SLF）（SFB-16DM，OptoSigma）和并在 AQS 后對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)展。最后用透鏡收集光束，從而得徑為 4 mm 的擴(kuò)展光束對(duì)準(zhǔn)物鏡并填充其光圈。二向色鏡反射波長(zhǎng)為 420-520 nm 的光束。共聚焦顯微鏡采用 OlympunApo100XNA1.4oilimmersion）。熒光染料發(fā)出的熒光由物濾波片，然后經(jīng)過透鏡聚焦到多模光纖中(25μmdiameter,400光子計(jì)數(shù)器（ -SPAD，PicoQuant）收集熒光信號(hào)。共聚焦顯約為 200nm。為了精確控制檢測(cè)位置，采用了 1 nm 定位分辨性平移臺(tái)（NC，P-562.3CD，PIMARS），對(duì)于較大的移動(dòng)距位分辨率的 2 軸平移臺(tái)（TS、M-521.DG、PI）。

3. （a）LIFPA 中使用的共聚焦顯微鏡掃描的神經(jīng)纖維圖像。（b）用（a）中的藍(lán)線標(biāo)記的上的圖像輪廓。由于沒有采用光纖而采用的鏡片組搭建的光路，因?yàn)檎駝?dòng)和溫度等的影響，激束在每次實(shí)驗(yàn)前都要進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試，通過調(diào)整透鏡的俯仰來調(diào)整光斑的上下左右置，近處以小孔為準(zhǔn)，小孔從完全打開到關(guān)閉的過程中，應(yīng)該與圓形光斑的各個(gè)向均勻相切至消失，遠(yuǎn)處以標(biāo)定的標(biāo)靶為準(zhǔn)，將光斑位置調(diào)整至標(biāo)靶中心，以確激光束平行出射，還要調(diào)整單光子計(jì)數(shù)器前光纖入口處的光斑位置，使得接收器收到最大的熒光信號(hào)，通過機(jī)械平臺(tái)在 x,y,z 三個(gè)方向上調(diào)整使得光纖進(jìn)口處光斑全進(jìn)入。4.2 信號(hào)采集系統(tǒng)由于光路的搭建是以 STED 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，紫光是激發(fā)光，綠光消激發(fā)光，這里測(cè)時(shí)序圖是以兩個(gè)聲光開關(guān)控制的兩束光的時(shí)序進(jìn)行說明，熒光信號(hào)的檢測(cè)是通過同兩束激光的 AQS 和光子計(jì)數(shù)器的捕獲來控制的，測(cè)量的時(shí)間順序如圖 4 所示。在

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