低成本聚合物微流控芯片加工技术综述

针对传统微流控芯片加工方法成本高昂、耗时长的问题,近年来出现了多种低成本的微流控芯片加工方法,在聚合物、纸等材料上加工、完成了能够满足其应用需求的微流控芯片。对当前各类基于聚合材料的低成本微流控芯片加工技术进行了梳理和总结,并对未来低成本微流控芯片的发展进行了展望。     

基于激光诱导的细胞荧光成像系统研制

分析了激光诱导荧光法检测钙离子浓度的原理.并利用微流控芯片在细胞培养和检测上的独特优越性,设计实现了基于微流控芯片的测量细胞内钙离子浓度变化的显微荧光成像系统.在对微流控芯片技术研究的基础上设计制作了微流控芯片,并设计了显微系统、快速波长切换系统、CCD成像系统等.利用这套显微荧光成像系统对活体细胞的荧光图像进行采集....     

基于电渗流的微流控混和芯片系统级建模技术研究

微流控混合芯片是微流控芯片系统中的重要组成部分,其混合效率直接影响后续反应产物的分布和反应体系的容量.文中对基于电渗流驱动的微流控混合芯片的系统级建模技术进行了研究,本研究首先结合基于电渗流驱动的微流控混合芯片的控制方程,对系统各组件的参数化行为模型进行了提取,在此基础上编程实现了系统各组件的多端口组件模型,构建了基于电渗流的微流控混和芯片系统级模型,模型仿真结果与有限元方法相比,相对误差为2.5%,而仿真速度却远远高于有限元方法.表明该方法在不显著损失系统精度的前提下,可以更加有效的对系统性能做出评价.     

基于微流控芯片的癌细胞分选仪硬件系统设计

设计了基于微流控芯片的癌细胞分选仪的硬件系统。系统采用光电倍增管(PMT)采集微流控芯片沟道内流动细胞的荧光信号,通过设计的微弱电流信号采集电路进行光电倍增管输出信号的处理,完成对细胞微弱荧光信号的检测。此外,设计了0~1 200 V范围幅值与脉宽可调的高压脉冲源,可产生随机高压脉冲用于癌细胞的分选。整个系统实现了微流控芯片上癌细胞检测、计数以及分选的结合。     

基于微流控芯片的乳腺癌肿瘤干细胞富集

为了克服传统方法低通量、低精度、低控制性和低效率的缺点,提出一种基于微流控技术研究肿瘤干细胞。基于二甲基硅氧烷,设计三层结构微流控芯片,结构包括细胞及培养液注入层、中间悬浮培养层和废液处理层。采用真空等离子氧化处理完成对准键合。芯片实验结果证明了微流控芯片的可行性和有效性。     

基于微流控芯片的钙离子浓度检测系统的实现

在细胞内物质定量分析中引入微流控芯片.利用微流控芯片完成细胞的培养、染色、试剂的进给等生物实验功能.设计了用于细胞内钙离子浓度检测的微流控荧光检测系统.通过双波长激发,利用荧光检测系统完成荧光强度和图像的采集.同时研究比值荧光法,计算出定量检测的钙离子浓度.实验结果表明,此检测装置可靠性高,检测结果准确.这一研究,提供了一种细胞检测新手段.为细胞研究提供更加便捷的细胞培养、检测、试剂进给一体化检测装置.     

面向电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片设计

设计了一种用于微尺度流动状态下电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片,包括微流控芯片的结构设计、材料选择和加工工艺。设计的微流控芯片包含3个圆形电极横截面,每个横截面包含一组电极阵列。该阵列有3种数目的电极,分别为8电极,12电极和16电极。之后通过数值仿真方法实现了三种电极数目（8,12和16）微流控芯片的电阻抗成像,并与之前研究出来的菱形横截面8电极微流控芯片进行了对比,发现设计出来的16电极圆形微流控芯片具有较高的成像质量,验证了微流控芯片用于细胞电阻抗成像检测的可行性。     

微流控芯片的材料与加工方法研究进展

综述了微流控芯片的制作材料及其加工方法的研究进展.在介绍了传统硅质材料,如硅、玻璃、石英等的基础上,着重描述了高分子聚合物材料在微流控芯片的应用趋势.针对不同材料,详叙了其材料特性、应用范围及加工方法.特别介绍了一些新的加工方法,如激光刻蚀法、软光刻、LIGA方法在该领域的应用.针对微流控芯片的材料与加工做了一个简要而...     

基于小波能量元和改进双阈值函数的微流控芯片信号去噪方法研究

微流控芯片技术是一种新型的分析检测技术,可广泛应用于生物、化学、医学等领域。为提高微流控芯片信号去噪效果,本文提出了一种基于小波能量元和改进双阈值函数的去噪方法。构建了基于指数和对数函数的小波能量元双阈值函数,继而设计了微流控芯片信号去噪算法。以模拟的微流控芯片信号为研究对象,对比选择db4小波基进行了4层分解去噪仿真实验。仿真结果表明,本文方法优于现有的普通阈值法、空域相关法和能量元浮动阈值法。该方法已应用于自主研发的非接触式微流控芯片便携式分析诊断仪,去噪效果良好,有效提升了设备性能。     

数字微流控生化芯片的多故障诊断

数字微流控芯片常用于安全关键领域,其可靠性成为设计和测试的重要准则。为保证数字微流控芯片的系统可靠性,需要对其进行全面的测试,而为了实现重配置,必须对芯片阵列进行准确的故障诊断。本文提出了一种多故障的诊断方法,首先对芯片阵列进行行列并行测试,识别出存在故障的行和列,再利用改进二进搜索对这些故障行列进行故障定位。改进二进搜索可以利用多个有效的无故障路径进行测试,为了有效地为二进搜索寻找有效的搜索路径,给出了相应的贪婪算法。诊断故障覆盖率用来衡量多故障诊断方法的有效性。实验结果表明,相对传统的二进搜索方法,本方法可以更有效地对多故障进行定位。     

Miniaturized Vision System for Microfluidic Devices

One of the biggest obstacles for lab-on-chip (LOC) devices is the miniaturization of large-scale devices and its methodologies. Miniaturization of the current microscopic technologies combined with image processing may bring significant advantages for LOC devices in the dynamic processes of sizing, positioning, flow control and cell manipulation at different time scales. Here, we propose a vision system boarded on a polydimethylsiloxane (PDMS) polymer-based chip, which can be utilized in a complex microfluidic network for continuous monitoring of mammalian egg and donor cells of sizes in the range of 10–100 μm. The developed prototype system has sufficient resolution and is accompanied with a robust detection method for cell-based microfluidic applications. To assess its performance, an image processing algorithm was applied, and the capability of the detection method was evaluated using 11- and 26-μm particles. The results show that the proposed optical system of monitoring and illumination can be effectively incorporated into PDMS structures aiming at LOC devices.     

A paper-based microfluidic Dot-ELISA system with smartphone for the detection of influenza A

An automated, portable, and integrated paper-based microfluidic system has been developed for influenza A detection with smartphone at point-of-care (POC) settings. The low-cost paper-based microfluidic chip consists of a reagent storage and reaction modules. The storage module, which consists of a couple of reagent chambers with dispensation channels, is responsible for reagent storage and release. The reaction module consists of an absorbent pad and a nitrocellulose (NC) membrane which is functionalized with specific monoclonal antibodies on a test and control spots for immunoassay detection. Microfluidic Dot-ELISA is performed when the dispensed reagent flows through the NC membrane at a controllable speed and reaches the absorbent pad because of the gravity and capillary force without active pumping. A smartphone is used to capture image from the NC membrane with its own camera and process the image with an intelligent algorithm of custom application software which is developed with Java. With a smartphone, the detection result can be displayed and transmitted to other medical agencies if necessary. Experimental results show that, compared with the traditional methods, more convenient and efficient influenza A detection can be achieved with the developed paper-based POC microfluidic chip with the assistance of smartphone.     

芯片图像网格自动定位方法研究

已有的基因芯片网格定位方法,由于不能动态确定处理过程中所需要的各种参数,导致方法的准确性和可靠性依赖于人工经验值.为此,通过对基因芯片图像的分析,利用基因芯片图像中信号点(基因点)位置排布比较规则的特征,将网格定位问题转化为优化问题.提出用启发式自动搜索的方法寻求最优解,最终实现自动定位.实验表明该方法定位准确性高,对外部参数依赖性小.改进方法用于网格自动定位是可行和有效的.     

基于改进Zernike方法实现圆形边缘亚像素检测

在图像测量中,图像边缘的精确定位与检测是影响测量精度的关键。为了实现快速、高精度的图像边缘定位与检测,提出了一种改进的Zernike方法,采用四个方向模版Sobel算子对图像初处理,利用被测物的几何信息,只使用零阶矩实现对边缘的亚像素定位。实验结果表明改进算法比原算法具有更高的精度,而运行的时间不到原算法的1/4。该算法具有良好的处理效率,能够满足一般具有几何特征图像边缘实时、亚像素精度定位与检测的要求,具有广阔的应用前景。     

一种新的结合遗传算法的快速变形模板匹配算法

分析了图像处理中模板匹配技术计算量大的问题。在高精度的芯片焊点定位应用中,文章提出了一种新的结合遗传算法的快速变形模板匹配算法。该算法在应用中有很高的执行效率,而且还克服遗传算法应用的结果不确定性,通过变形模板匹配精确的计算出芯片与水平线夹角和芯片焊点相对位置。最后通过试验证明这种方法的高效性和准确性。     

在线产品智能搬运机械手系统视觉识别技术

针对采用机械手从传送带上抓取位置不固定的产品并将产品按照固定位姿放置而需要复杂的视觉图像处理且成本较高的问题,提出了一种基于辅助定位机构的视觉识别技术。该技术首先以苹果手机为具体研究对象,在非极端光照条件下采集了不同光照下11组44张手机图像,并进行了预处理;然后根据各图像直方图的灰度分布特征,通过研究各图像中灰度值出现次数最多的灰度值和所有像素的灰度值均值的变化情况,确定了分段线性阈值分割准则;最后,采用面积特征找到合适的目标,再采用目标的位置特征对图像进行位姿识别,并给出了识别算法。以普通视频聊天摄像头为实验设备进行了算法适应性验证,实验结果表明,在非极端光照且光源环境基本稳定的情况下,该技术能够稳定可靠地实现手机位姿识别。该识别技术相对于多自由度机械手+摄像机的识别技术在成本上至少降低50%以上,可广泛应用于类手机形状产品的生产线上。     

基于分布式控制系统的轮式智能机器人研究

语音处理、图像处理和定位导航是智能机器人研究的核心内容。介绍了分布式控制系统和CAN总线的概念和特性,提出了一种用于智能机器人的分布式控制系统结构,对基于该控制系统的智能机器人的体系结构、导航与控制、环境感知进行了研究,着重阐述了语音识别和图像识别功能的实现方案。     

An intelligent decision-making system for flood monitoring from space

This paper presents the results of a feasibility study on intelligent image processing for flood monitoring on board satellites. The ability to detect temporal changes in images is one of the most important functions in intelligent image processing systems for hazard and disaster monitoring applications. An automatic change detection system is proposed, the purpose of which is to monitor particular areas on earth for flooding events and give warnings to the authorities accordingly. A novel solution to flood detection based on the combined use of optical multispectral imagery and global positioning system reflectometry data is introduced. A fuzzy inference engine is used in the decision-making process, which generates control signals to other subsystems on board the satellite.     

自动瞄准系统中直线测量方法的研究与改进

设计了一套图像式自动瞄准系统。采用的瞄准方法综合使用了图像处理方法、亚像素细分方法、曲线拟合方法和“电子准星”技术。研究和改进了直线瞄准的方法,直线的定位精度可以达到0．1像素间距,并且可以测量任意位置的直线。对实际的直线边缘工件进行测量,取得了满意的效果。瞄准方法的设计也适用于测量其他类型的边缘。     

荧光免疫层析芯片检测系统信号提取方法研究

基于智能手机硬件平台,开发了一种荧光免疫层析芯片检测系统,实现检测系统对荧光信号强度的准确提取和荧光芯片上免疫分析物的定量检测.提出了一种应用智能手机的荧光芯片图像特征提取和识别的方法,识别荧光芯片的信号区域并提取信号强度,对荧光免疫层析芯片检测系统的研发起到了指导性作用.以荧光层析芯片图像为基础,通过改进的Sobel算子检测出芯片图像中信号区域的特征,进行卷积运算,阈值分析,二值化,投影法获取检测区域边界,实现了对荧光信号强度准确提取.实验结果表明:图像特征识别方法实时性好、精度高,可应用于荧光免疫层析芯片检测系统中.临床应用结果表明:信号强度与免疫分析物浓度具有很好的相关性,检测系统能够很好地提取芯片的荧光信号强度.