基于液滴微流控的乳液自动生成与监测装置

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液滴微流控技术通过对流体微通道结构的独特设计以及对流体流速的控制,能够高通量的制备单分散的乳液。目前由于液滴微流控具有:样品需求少、混合速度快、微球单分散性高等优点,在微量生物分析检测、材料制备、化学分离等方面有着广泛的应用。然而液滴微流控技术要求操作人员具有丰富的经验,对乳液的生成过程进行检测与操作,此外存在难以制备特定尺寸的乳液的问题,带来较大的人力、物力资源的浪费。本论文的研究工作主要是构建了一套微流控控制系统,实现对生成乳液的在线观测与调控,具体工作如下:1.微流控实验平台的搭建与优化:硬件平台主要由毛细玻璃管微流控芯片、进样设备(注射泵)、检测装置(光源及相机)搭建而成的,并在实验中根据具体实验需求对硬件进行相应的优化;2.软件整体框架的搭建:软件整体框架中实现了对相机的设置、图像捕获、数据存储、系统校准、多线程编程、整体界面设计及软硬件通讯功能,为图像处理及流速调控提供支撑,并实时显示乳液的生成过程,记录实验结果;3.图像处理算法的设计:图像处理算法需要依据针对单乳液及双乳液不同的特性来设计、优化,我们对比了多种方案的实验效果,选取其中的最优算法(中心曲线法与局域Hough法)从而实现对生成乳液直径稳定、快速、准确的测取;4.流速调控算法的设计:流速调控需要结合液滴微流控理论知识以及自动控制理论,我们采用了模糊控制法对流速进行调控,实现对注射泵流速的自动调节,使得生成乳液的直径稳定在预设直径范围内:5.微流控实验与分析:将软硬件平台相结合进行单乳液、双乳液的微流控实验,验证直径测取程序的准确性、稳定性以及流速调控的有效性,分析相应的实验结果。
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