细胞连续分离介电泳芯片中的焦耳热数值研究

针对细胞连续分离过程中焦耳热效应对细胞的损伤,为明确电流温度对细胞分离的影响,运用数值分析的方法对交流电压信号激励下形成的温度场进行了仿真分析.通过调节控制电压幅值、溶液的电导率及入口的法向流速,求解层流流场、电场及对流传热的耦合方程组,得到了芯片中流体的温度场分布和出口的平均温度.结果表明,电压对流体温度的影响最为显著,电导率的影响次之,人口流速的影响最小.出口的平均温度与电压幅值成幂指数关系,与电导率成正比例关系,与入口法向流速成近反比例关系.     

集成惯性聚焦结构的介电泳微流控芯片的粒子连续分离

设计并制造了一种带有惯性聚焦结构的介电泳微流控芯片,以实现不同介电性质的粒子连续分离.采用MEMS工艺制作了介电泳微流控芯片:通道入口侧壁设置一对梯形结构使经过的粒子受惯性升力的作用聚焦到通道两侧;通道底部光刻一组夹角为90°的倾斜叉指电极产生非均匀电场,利用介电泳力和流体曳力的合力使通道两侧不同的粒子发生角度不同的偏转进入不同通道,从而实现分离.将酵母菌细胞和聚苯乙烯小球作为实验样本,分析了流速和交流电压对分离的影响,确定了二者分离的最优条件并进行分离.实验结果表明,将电导率为20μS/cm的样本溶液以5μL/min的流速注入到通道中,施加6 Vp-p、10 kHz的正弦信号,酵母菌细胞沿电极运动至夹角处后沿通道中心排出,聚苯乙烯小球沿通道两侧排出,成功实现分离,平均分离效率达92.8％、平均分离纯度达90.7％.     

低电压芯片电泳三段同步驱动分离系统的研究

在长期研究低电压电泳分离分析系统的基础上,提出了一种新的低电压电泳分离扫描驱动模式,即三段同步扫描驱动。该驱动模式在实现低电压电泳分离的基础上,缩短了电泳分离的时间,实验结果表明：三段同步扫描驱动方式能达到常规电泳分离效果。     

电泳芯片分离指标的模拟分析

对电泳芯片中影响区带展宽的相关因素进行了分析，给出了分离综合效率的表达式，建立了分离指标的数学模型。以此为基础，结合实验条件，利用计算机对影响分离指标的相关因素进行了模拟分析。结果表明，以分离综合效率为分离指标，可以反映分离条件对理论塔板数和分离时间的综合影响，而且，以分离指标的模拟分析为依据，可望实现电泳芯片的优化设计，在满足分离的前提下尽快地完成样品的分离分析过程。     

面向微粒操纵的介电泳芯片系统研究

针对目前在纳米器件及传感器的制造中尚无对大量粒子进行有效操纵的方法,我们利用介电泳方法对大量微粒进行定位和传输操纵,介绍了利用MEMS工艺进行介电泳芯片加工的过程以及整个观测与实验系统的建立,通过有限元软件对传统介电泳和行波介电泳中电极阵列的电场分布进行求解,并在该实验系统下实现了对微通道中的悬浮高度和微粒的运动速度的测量.该实验系统的研究为液体环境下微纳颗粒的装配和分离提供了一条有效的技术路径.     

光纤型微流控电泳芯片的研制

介绍了一种光纤型微流控电泳芯片,该芯片主要由两部分组成:多模光纤,PDMS基片和盖片.利用二次曝光技术制作出芯片的模具;通过浇注的方法制成电泳芯片;实现了在PDMS上制作深度不同的微流控沟道和光纤沟道,使光纤与微流控沟道能够方便地对准;利用异硫氰酸酯荧光素考察了系统的性能,最小检测浓度达到1.3×10-7mol/L,信噪比S/N=5.     

基于微环形阵列电极的细胞分离富集芯片的设计与实验研究

根据介电泳操作原理,设计了微环形阵列电极结构,建立了细胞分离富集芯片模型,采用COMSOL软件分析微环形阵列电极的电场分布和介电泳力方向并确定了最大和最小电场强度的位置,利用ITO玻璃和PDMS制备了细胞分离富集芯片.通过酵母菌细胞的介电泳富集实验和酵母菌细胞与聚苯乙烯小球的分离富集实验,明确了酵母菌细胞的临界频率,实现了酵母菌细胞和聚苯乙烯小球的分离富集.结果显示,在溶液电导率为60μs/cm,交流信号电压为8Vp-p时,酵母菌细胞在1kHz~45kHz频率范围内做负介电泳运动并富集在环形内部,45kHz为酵母菌细胞的临界频率,在45kHz~10MHz频率范围内做正介电泳运动并富集在环形边缘;1.5MHz时聚苯乙烯小球做负介电泳运动并富集在环形内部,富集倍数达到11.66.     

基于图像处理的嵌入式介电电泳细胞检测装置设计

介电电泳细胞试验中,细胞旋转速度的检测一直是影响试验效率的重要因素;常规的人眼识别,工作效率低,单次检测细胞数量少,周期长,并不能满足目前高通量的细胞转速检测要求;因此,设计了一种应用环形窗模板匹配与特征点跟踪,实时检测介电电泳细胞运动参数的装置;重点论述了环形窗模板的匹配和特征点的标记匹配的理论算法;利用C++编程并移植到嵌入式设备中;装置测试结果表明,其静态图像处理能准确地分割各细胞单元,动态处理可有效匹配细胞特征点,检测所得的细胞旋转速度相对误差小于1%,满足设计指标要求。     

低电压芯片电泳过程中流场的模拟计算和分析

本文基于一种阵列电极的低工作电压电泳芯片分离模型,在其中微管道的电场模拟的基础上,结合微流体动力学特性,以分离管道侧壁排布电极并等间距施加电压,建立电泳芯片低工作电压分离过程的流场模型,利用CoventorWare软件分析单组分和双组分试样在微分离管道中流场的模拟,发现组分在常规电压和低工作电压两种分离模式下,其迁移速度近似相等;对于双组分,分离电压可大大降低同时,还可保证原来的分离度,低电压电泳过程中,工作电压可降低至30 V.证实了阵列电极和运动梯度场实现低电压电泳的可行性和有效性.     

3D电极的介电泳力与惯性力的粒子连续分选仿真

细胞分选在生物医学中起着重要的作用,而其中介电泳分选由于其无需生物标记,对粒子损伤小等优势得到了广泛的应用.本文设计了一种结合三维(3D)电极的介电泳力和收缩—扩张结构的惯性力的微流控芯片,通过COMSOL Multiphysics仿真软件对流体的流速分布、电场分布及粒子的运动轨迹进行仿真分析.仿真结果表明:三维电极相...     

Microparticle Concentration and Separation by Traveling-Wave Dielectrophoresis (twDEP) for Digital Microfluidics

This paper describes highly efficient in-droplet particle concentration and separation where particles are concentrated and separated into droplets by traveling-wave dielectrophoresis (DEP) and subsequent electrowetting-on-dielectric droplet splitting. A successful concentration for 5-mum aldehyde sulfate (AS) latex particles was experimentally achieved using microfabricated devices, showing that 98% of the total particles were concentrated into a split daughter droplet. In addition, in-droplet particle separation was successfully achieved using the following two different cases of particle mixtures: case 1) a mixture of 5-mum AS latex beads and 8-mum glass beads; and case 2) a mixture of ground pine (GP) spores and 8-mum glass beads. In case 1), 97% of the total AS beads were separated into one split droplet and 77% of the total glass beads into the other split droplet. In case 2), over 92% of the GP spores were separated into a split daughter droplet, whereas 86% of the glass beads were separated into the other split daughter droplet. In all these concentration and separation experiments, the applied frequency and the conductivity medium are key parameters influencing the concentration and separation performance, which have been optimally determined by measuring the DEP and electrorotation spectra of the used particles prior to the concentration and separation experiments. This integrated in-droplet separation and concentration method may provide an additional functionality to digital microfluidics.     

一种新的去除混合噪声的变分模型及其应用

由于现有的某些去噪模型仅对某种噪声特别有效,而对其它类型噪声的效果却不够显著,因此提出一种能有效地去除多种噪声的变分模型,它融合了几种经典去噪模型的优点,并在数值求解时采用了高效且无条件稳定的AOS算法.数值实验表明,与现有的一些去噪方法相比,提出的去噪方法耗时少且效果更好.最后给出了解的存在性证明.     

A multi-scale electrode array (MSEA) to study excitation-contraction coupling of cardiomyocytes for high-throughput bioassays

Excitation-contraction coupling, a process of linking electrical activity to contraction, is the basis of cardiac function at cellular level. Here we developed a multi-scale electrode array (MSEA) as an in vitro platform to synchronously monitor excitation and contraction of cultured cardiomyocytes. The electrodes of MSEA were with sizes ranging from several tens of micrometers to about 1 mm and were classified into type_1, type_2 and type_3 by their electrode area. The former two types of electrodes were electroplated with platinum black to reduce baseline noise and no extra treatment was done on type_3 electrodes. In experiment, the micrometer-scale electrodes recorded extracellular field potentials like generally used multielectrode arrays and especially, the millimeter-scale electrodes recorded a “hump” followed after extracellular field potential. By analyzing temporal behavior of hump and observing its change under treatment of microtubule inhibitor vinblastine, it was verified that the hump expressed mechanical contraction of cardiomyocytes. In addition, we analyzed that the pathway of contraction recording was through cell-electrode contractile coupling, in which charges at electrode-electrolyte interface were reestablished due to contractile behavior of cellular layer and then the hump was formed. Finally, the dependence of amplitude and time duration of hump on electrode area, electrode property and contractile strength was also explored.     

PID控制原理在语音信号盲源分离中的应用

语音信号在非平稳系统中是动态混合的,为了实时抑制盲源分离过程中的非平稳混合扰动,加快收敛速度,减小稳态误差,提出了一种应用PID控制原理的自适应盲源分离算法。依据一种无预处理的自适应盲源分离算法建立PID控制模型,调节学习速率,跟踪语音信号的分离过程,实时减小由非平稳混合引入的分离误差,动态更新分离矩阵。在混合矩阵缓变和突变两种情形下分别对PID参数整定和语音信号的分离进行仿真分析,结合经典算法对比提出算法的性能。仿真与对比结果表明,提出的算法适用于非平稳混合系统语音信号的分离,算法性能较经典算法有改善。     

聚L-半胱氨酸修饰电极的制备及测定抗坏血酸

研究了聚L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备及其抗坏血酸在该修饰电极上的电化学特性,建立了线性扫描溶出伏安法测定抗坏血酸的电化学分析新方法.在pH4.0的磷酸盐缓冲溶液中,用该电极测定抗坏血酸的线性范围为:2.0 ×10-6～4.0×10-3mol/L,检出限(信噪比=3)为1.0×10-7mol/L.对1.0×10-4mol/L抗坏血酸平行测定10次,相对标准偏差为1.3%.该电极具有良好的重现性和稳定性,已用于药剂中抗坏血酸的测定,结果令人满意.     

纳米银/ds-DNA/聚（3,4-乙烯基二氧噻吩）复合膜修饰电极的制备及应用于过氧化氢无酶传感器

在室温水相中,通过电化学方法在玻碳电极上先聚合了聚（3, 4-乙烯基二氧）噻吩（PEDOT）,然后又电沉积了双链DNA（ds-DNA）和银纳米粒子（Nano-Ag）,制备了Nano-Ag/ds-DNA/PEDOT复合膜修饰玻碳电极（GCE）。对该复合膜进行了表征,并研究了该复合膜修饰电极的电化学行为以及对过氧化氢（H2O2）的电催化还原。结果显示,施加工作电位为-0.3 V时,修饰电极对H2O2有着很好的电催化还原能力,达到稳态电流的响应时间小于5 s。因此,该修饰电极可作为无酶传感器用于对H2O2的快速检测。传感器的催化还原电流与H2O2浓度在10 μM-16 mM范围内呈现良好的线性关系,检出限为2.36 μM（S/N=3）。     

小波降噪与BSS在航空发动机故障诊断中的应用

在航空发动机的故障诊断中,传感器测得的信号通常是非平稳的振动信号;受发动机工作环境影响,这些振动信号含有大量噪声且多路源信号相互混叠;传统的信号处理方法很难从此类信号中快速有效地提取出故障特征;运用小波阈值降噪结合盲源分离的方法对发动机振动信号进行了分析,并对某型航空涡扇发动机发生空中停车故障时的振动信号进行了分析,验证了该方法在航空发动机故障诊断中的有效性.     

C/S模式业务界面分离在Delphi中的实现

目前,关于业务界面分离的讨论如火如荼,在两层C／S模式中却难于实现。结合Delphi面向对象的思想,利用数据模块、数据集提供组件、客户端数据集、动态链接库等技术,能较好的实现C／S模式的业务界面的逻辑分离和物理分离。     

图像灰度信息在煤矸石自动分选中的应用研究

针对传统的基于图像灰度信息的块煤和矸石分选系统只是随意地选择块煤和矸石样本而缺乏代表性和实用性的问题,研究了一种侧重于实用性和系统性的基于图像灰度信息的块煤和矸石自动分选系统。首先从材质、纹理特征、清洁度三个方面选择6块比较有代表性的块煤或矸石,分别在强光、自然光和节能灯光三种强度光照条件下,按照一定的分组方式分析它们的图像灰度分布规律并将其作为计算机目标识别的依据,从而实现块煤或矸石的自动分选。测试结果表明,在特定条件下,利用块煤与矸石图像灰度信息较明显的差异对两者进行视觉区别可实现两者的自动分选。     

不同株型夏玉米群体冠层反射光谱特征及其应用研究

比较不同株型夏玉米在不同时期的反射光谱差异性,研究分析了红边位置(λred)、红边振幅(Dλred)、最小振幅(Dλmin)及Dλred/Dλmin与叶片全氮含量(LTN),叶绿素含量(Chl)及叶面积指数(LAI)间的相关性,并建立预测模型。结果表明,光谱差异随生育进程呈不同程度的规律性变化。在全生育期,用Dλred/Dλmin能更好地推算LTN,尤其在吐丝期,在开花前用Dλred也佳,在拔节期和喇叭口期用λred也有较高的精度。估算Chl时,在开花前用Dλred较可靠,在喇叭口期和抽雄期用λred也可考虑。估算LAI时,抽雄期后用Dλred推算有较高的可信度,在抽雄期用λred较好,在开花期和吐丝期用Dλred/Dλmin推算更为可靠。