基于视觉暂留现象的液滴微流控高通量信息检测系统

发布时间：2020-03-29 23:47

【摘要】：液滴微流控作为微流控的一个分支,以其尺寸小、所需样品少、密封的微环境无交叉污染等优势在近年来受到了越来越多的关注,成了一个快速发展的研究方向。液滴微流控芯片技术的实用化进程对芯片信息采集系统提出了小型化、低成本、方便快捷的要求。但是目前的信息采集设备主要依赖于大型昂贵的实验设备,这些设备不仅体积庞大、成本高,而且读出过程耗时长、人工参与过多。本文针对微流控芯片中的观测设计了基于视觉暂留现象的微流控系统高通量液滴信息检测系统,实现了观测液滴生成时的信息,以及利用高速摄像机比对最后的结果,主要完成以下研究工作:1.基于视觉暂留的液滴观测系统:利用液滴的产生具有周期性这一特点,用视觉暂留这一现象,通过低频率已知的闪烁光源去映射高频率未知的液滴频率,得到两个连续频率,来计算出液滴的实际频率,还可以利用液滴的间距得出液滴的速度2.改进液滴观测系统使其能实时地得出液滴的频率:由于普通的CCD相机的曝光时间比较长,在液滴模糊和液滴清晰两种状态之间的情况,计算机不易识别,而且由于曝光时间过长,LED的频率跨度过大,导致照片的灰度值相差太大,不易于计算机检测出有效的信息进行调节。通过使用Qimaging R2000的CCD相机的自触发,使得曝光频率调节到很小,可以小于10μs。这时成像模糊清晰的这一特点变成了液滴移动的快慢,这样更利于计算机实时调节液滴频率。3.为了使系统更加的小型化,便于搭建和降低成本,尝试利用鼠标中的光流传感器代替CCD相机。因为要知道光流传感器是否对焦和图像要经过电脑处理,所以第一步就是要把光流传感器的图像读入到电脑,现阶段成功的把图像利用Arduino开发板通过串口通讯把图像导入到电脑。
【图文】：

生物相容性,聚甘油,表面活性剂,分子

通过向三嵌段共聚物中引入线性聚甘油羟基（LPG（OH））和聚（甲基甘油）甲氧基（LPG（OMe）），如图 2.1（A）.[31]所示，合成的 PFPE-LPG-PFPE 表面活性剂不仅显示出良好的生物相容性，而且对于侧链的额外化学修饰也是可行的，因此有希望用于产生液滴的功能内表面。除了生物相容性之外，可能的分子交换也是一个考虑因素。值得注意的是，液滴不一定是完全密封的，因为小分子可以通过由表面活性剂形成的双层。扩散能力取决于表面活性剂和被包封的分子的性质。最近进行了详细的研究，以揭开 PFPE-PEG-PFPE 稳定的氟化油包水乳状液系统中的分子运输机制.[32]在具有精确控制参数和微环境的微流体中产生了“最小乳液”液滴。不同的荧光团作为模型分子应用于液滴内部，，通过测量荧光强度来定量分析它们的转运，荧光强度描述了浓度。结果显示，运输的时间尺度在几分钟到几十小时之间的不同内容之间变化，如图 2.1B 所示。作者还提出了两种可能的表面活性剂超分子组装体结构。结合数学模型分析，他们得出结论：运输过程受扩散限制; 表面活性剂分子的组装形成囊泡并且充当纳米级介质以介导内部分子在载体相中的溶解度。除了溶质交换之外，溶剂还可以响应于渗透压差而在水-油界面上运输，为了保持液滴完好，应该考虑渗透压差。

试剂,添加顺序,多步反应,中封

图 2.2 试剂在液滴中封装Fig.2.2 Reagent encapsulation in droplets在准确控制试剂添加顺序（例如多步反应）的情况下，样品应该在特定的和位置以固定的量直接注入液滴中。例如，开发了一种强大的技术，通过驱动将试剂通过皮可注射器注入液滴.[35]一系列液滴由注射器流动并激励电而使液滴界面不稳定，从而使试剂如图 2.2C 所示。通过切换电场来选择进行注入，并且通过改变液滴速度和注射压力可以精确地调整添加的体积。，组合注射也可以通过独立控制多个注射器来实现.3.2 液滴索引含有试剂的液滴是在整个分析过程中会发展的信息载体。因此，对于追踪始特征或区分它们而言，对液滴进行索引是至关重要的，尤其是当大量试剂一个系统时。为了避免条形码信号和反应信号之间的干扰，可以交替产生液：一个用于反应，另一个用于反应进行索引。例如，包含荧光染料的微滴主流道两侧具有两个 T 型接头的微流体装置中产生。在适当的流动条件下（，粘度，流速等），微滴成对出现，没有聚结如图 2.3a 所示
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN492

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