用于微流控芯片的全波长实时荧光检测系统研制

为了连续检测出微流控芯片中不同荧光物质的发射光强度,设计了一套基于LabWindows编程的实时的、发射光波长在340-1200 nm的荧光检测系统。系统将控制光谱仪、采集荧光强度、数据降噪及存储、结果分析及显示等功能结合在一起,实现微流控芯片内荧光强度的实时动态检测及分析。系统采用卤钨灯和光谱仪相结合的方式,通过合理设计激发和探测光纤的位置,结合软件算法控制,来消除激发光和背景荧光的影响;系统无需针对不同的荧光物质选用特定的激发光和滤波片,增加系统的集成度、提高检测的多样性。基于本系统对微流控芯片中两种溶液的荧光强度进行检测,来验证系统的测试性能;同时对微流控芯片中不同浓度的荧光物质进行检测,来验证系统的准确性能。实验结果表明所设计的系统满足微流控芯片内不同荧光物质的荧光强度实时检测的要求,为后续基于微流控芯片的生化免疫分析、药物分析和多细胞生命体等研究提供研究基础和分析手段。     

发光二极管诱导荧光微芯片分析检测器的研制

以高功率发光二极管(LED)为激发光源,研制了一种小型LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测.利用MOS管压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定.通过设计和制造光学结构,成功地将LED发散光聚焦成约3.5 mm×0.3 mm的线状光束,实现了与微流控芯片中的微通道对准,简化了复杂的机械校准结构,且大大减少了光学系统体积(约为9.5 cm×4 cm×17 cm).用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明,LED激发光源稳定,检测器重复性好,可用于微流控芯片毛细管电泳分析检测,基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化.     

高功率发光二极管诱导荧光微流控芯片分析小型化检测器的研制

以高功率发光二极管（LED）为激发光源,研制了一种新型的小型化LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测。利用MOS管的压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定。通过设计和制造光学结构,成功将LED的发散光聚焦成约3.5mm×0.3mm的线状光束,可方便地与微流控芯片中的微通道对准,避免了复杂的机械校准结构。光学系统体积大大减少,约为9.5cm×4cm×17cm。用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明LED激发光源稳定,检测器重复性好;样品峰形良好,可用于微芯片毛细管电泳分析检测。基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化。     

微流控芯片光散射检测仿真研究

微纳米尺度下的光散射检测是微流控芯片技术的重要研究领域之一,由于尺寸微小,芯片结构、材料等因素对检测结果的影响,以及光子与物质碰撞导致的光的走向和散失等特性,无法在实验室中直接观测,因此,计算机仿真成为微流控芯片技术研究的重要手段。本实验利用Tracepro等软件进行微流控芯片的建模和检测仿真,验证其原理,并有效避免设计缺陷。     

嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台EI北大核心CSCD

搭建了基于嵌入式系统的数字微流控芯片操纵平台,实现对片上液滴的自动化配发、检测和分选。将特定电极阵列结构的介电润湿(EWOD)芯片通过特制电路和基于STM32的控制电路结合,并利用荧光显微镜提供的光路,完成分选平台的硬件搭建。移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ到STM32芯片中,根据分选功能需求,划分功能任务,设计各任务程序及任务间通信方式,实现在芯片上按一定频率从包含荧光与非荧光微粒的混合液体中生成小液滴,并将小液滴运输至检测区,根据其荧光强度对其进行分选。本系统实现了对数字微流控芯片的自动化操控,为将数字微流控技术应用于细胞、蛋白质、微生物等领域的分选提供了便利。     

嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台

搭建了基于嵌入式系统的数字微流控芯片操纵平台,实现对片上液滴的自动化配发、检测和分选。将特定电极阵列结构的介电润湿(EWOD)芯片通过特制电路和基于STM32的控制电路结合,并利用荧光显微镜提供的光路,完成分选平台的硬件搭建。移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ到STM32芯片中,根据分选功能需求,划分功能任务,设计各任务程序及任务间通信方式,实现在芯片上按一定频率从包含荧光与非荧光微粒的混合液体中生成小液滴,并将小液滴运输至检测区,根据其荧光强度对其进行分选。本系统实现了对数字微流控芯片的自动化操控,为将数字微流控技术应用于细胞、蛋白质、微生物等领域的分选提供了便利。     

微流控实时荧光聚合酶链式反应成像非均匀性的校正

综合参考标样法和定标校正法的思想,提出了一种用于校正微流控实时荧光聚合酶链式反应(PCR)系统荧光成像非均匀性的”多目标像素区域定标线性校正”算法,以提高其检测结果的准确性.以与PCR荧光标记物SYBR Green光谱特性相似的荧光素钠溶液为样本,检测了11种不同浓度的均匀荧光素钠溶液受激发射荧光信号的强度,分析了各个目标像素区域荧光强度和荧光素钠溶液浓度之间的线性响应关系,采用两点定标校正方法计算了CCD各个目标像素区域的校正系数矩阵.实验表明,3种浓度荧光素钠溶液的成像均匀度分别从校正前的71.28％、72.01％、70.73％提高到校正后的77.49％、80.07％、90.64％;微流控四腔芯片中相同浓度的DNA样品在PCR扩增阶段的Ct值相对标准偏差由校正前的4.38％、1.94％、3.31％减小到校正后的2.44％、0.79％、1.31％,显著提高了微流控实时荧光PCR检测结果的准确性.     

细胞内钙离子浓度检测关键技术

研究并设计了用于活体单细胞内钙离子浓度定量检测的微流控荧光检测系统。首先用微流控芯片完成细胞的培养、染色、驱动和定位等操作,接着分别用波长为340 nm和380 nm的单色光去激发染色后的细胞使之发出荧光,并用光电倍增管(PMT)和电荷耦合器件(CCD)采集荧光强度和荧光图像,最后利用荧光比值法计算出细胞内钙离子的浓度。同时,使用该系统记录了高K~+刺激下细胞内钙离子浓度的变化。结果表明此系统稳定可靠,测量数据准确,满足生理学研究中检测活体细胞内钙离子浓度的需要。     

多通道微流控电泳芯片CCD检测系统

针对微流控电泳芯片检测系统微型化、集成化的要求,分析了传统电泳芯片检测系统的优势和不足,提出一种以FPGA芯片为控制器的CCD多通道微流控电泳芯片检测系统。利用FPGA/NiosⅡ嵌入式系统解决方案,以EP2C8Q208芯片为核心,设计了CCD驱动及外围硬件电路。通过上位机软件进行数据处理,实现了荧光图谱的同步显示。实验结果表明:该系统能同时检测多通道微流控电泳芯片中各通道不同的荧光信号强度,具有较高的灵敏度和信噪比,对罗丹明B样品的最低检测浓度为1.0×10-6mol/L,能够满足多通道微流控电泳芯片检测的要求。     

基于电流与光强双闭环的双荧光实时检测系统

针对降钙素原(PCT)与C反应蛋白(CRP)的联合检测需求,为提高微弱荧光信号的检测精度,研制了双通道荧光实时检测系统,主要完成电路、光路及软件的优化设计。该系统选用LED光源,以电流反馈稳定驱动电流,结合光强反馈稳定激发光光强;基于预测量与多量程检测技术采集荧光信号,用软件实现暗电流消噪;以复用结构简化双通道光路设计,使光路结构紧凑。实验证明:系统对PCT的检测精度可达0.2μg/L,且有较好的重复精度。     

嵌入交互式检测技术及其在装备检测中的研究应用

信息获取是性能测试与故障诊断的基础。装备系统可用于测试的、开放式的对外接口缺乏,需要将检测系统或其一部分嵌入装备系统内部,获取信息。文章在分析武器装备检测诊断现状的基础上,提出嵌入交互式检测的思想,给出嵌入交互式系统级检测和电路板级检测的检测系统结构,说明了嵌入交互式检测的过程。     

Leak detection systems in oil and gas fields: Present trends and future prospects

Early leak detection of liquid and gas of both buried and unburied pipelines remain a critical task for economical and safety reasons. Several techniques were recently suggested and tested in real-life conditions and the corresponding results are very encouraging since they offer low cost solution while they yield both true detection and accurate localization of the leak. However, most of the techniques are not robust enough for all possible scenarios and may fail under certain environmental conditions. This review paper presents the most recent findings in acoustic and infrared (IR)-based leak detection techniques which remain the most widely used techniques for liquid and gas leaks detections respectively. However, they may fail under some situations. For instance IR-based techniques are not adequate during rainy, humid, or sandy weather or when ppb sensitivity is required, while acoustic sensors are not adequate for gas leak detection or when additional sources of acoustic noise are in the vicinity of the target area. Thus, the paper provides other alternative techniques such as ground penetrating radar (GPR), temperature profiling, and photoacoustic sensing techniques. Several important research works and real-life applications are cited in an attempt to provide a reasonable cross-section of various techniques. The paper can be useful for either a fresh researcher in the area, or for a skilled R&D engineer involved in the design of a leak detection solution since it presents the most recent leak detection techniques.     

基于电泳芯片的生化分析仪器的研制

介绍了一种基于电泳芯片的微型、高效生化分析仪器，利用该仪器进行了基本的电泳进样、分离实验。仪器采用阻抗检测方法对多次生物化学试样的电泳分离结果进行分析，采用比例测量法大幅提高了仪器的测量精度，模块化的设计使该仪器易于扩展。     

基于荧光偏振的HPV病毒基因检测系统研究

针对HPV病毒的检测难题,设计一种将荧光偏振技术用于病原微生物检测和基因分析的荧光偏振自动检测系统。讨论荧光偏振自动检测系统光学系统结构、总体设计思想,并对主从模式下上位机和单片机通讯的通讯格式和实现方法进行详细讨论。检测结果表明荧光偏振自动检测系统运行稳定,控制过程可靠、检测精度高。     

机械臂倒液任务中透明容器的液位高度视觉检测与控制

针对包含多类透明容器与多种液体的机械臂倒液任务,提出了一种不需要相机标定与标尺辅助的液位相对高度视觉检测方法与闭环控制方案。首先,分析了服务机器人倒液任务的特点,使用计算机视觉中的目标检测方法同时检测液体与容器,利用液体与容器的高度比例关系得到相对液位高度,避免了测量液位绝对高度所需的繁杂标定过程。其次,利用小孔成像模型对所提的相对液位高度检测方案进行几何建模与分析,推理出典型情形下测量的误差规律;再次,采集多种液体、多类容器的图像作为训练集来训练YOLOv5s,用于检测目标物以获得液位相对高度。测试结果验证了所提的液位检测方法的有效性,新方法对于训练集中未出现的新形状容器中的新液体的平均配对检出精度为86.7%;最后,为了避免求解或估计视觉伺服理论中复杂的雅可比矩阵,将求得的相对液位高度与PD控制结合组成液位闭环控制系统。系统使用相同的PD控制器参数在两种倒液平台上的多类倒液任务中均取得成功,验证了液位闭环控制方案的有效性与鲁棒性。     

[BIM模型与智能设计]一种新型铁路轨道检测小车的设计与分析

针对目前轨道手工检测效率低下、检测项目单一和高速轨道检测小车普及率不高的现状,为适应光学视觉检测需要,设计了一种可折叠的轻量化半T形检测小车,以同时满足激光检测和三维结构光检测的需求。为解决普遍存在的轨道检测小车车架与钢轨纵向难以保证垂直的问题,设计了柔性侧压机构,使车架不发生偏移。应用D-H法构建运动学模型,求解机构末端侧压轮的正运动学问题,论证了柔性侧压机构的侧压轮能紧贴钢轨内侧面以适应各种轨道的轨距变化。为小车建立力学分析模型,确保小车在静态下不会侧翻、脱轨,验证了机构设计的合理性。制造了物理样机,并进行了现场试验。结果表明,检测小车运行时垂直度好、自调节能力强,满足检测要求。     

一种新型变频器硬件系统的设计

主要简述了一种新型的变频器硬件系统,其中MCU采用的是瑞萨的16位单片机R5F21258SNFP。系统包括整流滤波电路,逆变电路,电压、电流检测电路以及控制电路等。针对传统变频器的不足之处,对吸收电路,滤波电路,电压、电流检测电路等环节作出了改进和优化,使得系统更加稳定可靠。     

结构损伤识别的现状和发展

总结和回顾目前关于结构振动损伤识别的研究方法、现状和进展,基于结构动态振动响应和系统动态特征参数进 行损伤识别的方法,介绍智能损伤诊断方法的原理及在结构损伤识别中的应用前景,提出了结构损伤识别的发展趋势。     

彩色图像的快速人脸检测方法研究

提出一种快速人脸检测方法。其原理是通过建立肤色模糊集 ,初步确定人脸所在区域 ,然后利用经过充足样本训练后的稀疏神经网络 (SNo W结构 )来验证人脸的存在。为了加快人脸检测速度 ,提出外螺旋搜索策略。实验结果表明 ,该方法在保证较高的检测率的同时 ,大大提高了人脸检测速度 ,能实现近实时的人脸检测     

便携式MicroRNA快速检测系统

MicroRNA(miRNA)与疾病的发生和发展密切相关,可作为疾病诊断标志物。常规检测miRNA的方法耗时较长且操作复杂,本文设计了一种便携式miRNA快速检测系统。该系统采用光电检测技术检测滚环扩增后的标志物miRNA受激发出的荧光强度,对采集到的荧光数据进行分析,得出miRNA的变化情况。实验得出便携式miRNA快速检测系统在试剂浓度为0.1~1μmol时,荧光强度线性偏倚不超过±5%,系统重复性大于95%。通过对冠心病检测标志物miR-499进行滚环扩增实验,结果表明设计的便携式miRNA快速检测系统能够快速有效地检测miRNA。