【摘 要】
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微流控的液滴检测技术是微流控的一个重要分支,广泛应用于生物、化学、医疗等领域。目前微流控的液滴检测技术主要有电化学检测、质谱检测、光学检测等方法,受限于检测原理只能适用于特定的液滴检测,应用范围有限。面向目前微流控的应用中需要的低成本、结构简单、适用范围广的检测技术。本文研究了微流控液滴光学检测方法及其光学检测系统设计,具体研究内容如下:(1)为了实现微流控中液滴的测速和尺寸测量分别提出了聚焦检测
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微流控的液滴检测技术是微流控的一个重要分支,广泛应用于生物、化学、医疗等领域。目前微流控的液滴检测技术主要有电化学检测、质谱检测、光学检测等方法,受限于检测原理只能适用于特定的液滴检测,应用范围有限。面向目前微流控的应用中需要的低成本、结构简单、适用范围广的检测技术。本文研究了微流控液滴光学检测方法及其光学检测系统设计,具体研究内容如下:(1)为了实现微流控中液滴的测速和尺寸测量分别提出了聚焦检测和线形检测两种光学检测系统结构,通过理论计算和ZEMAX仿真对光路的结构进行设计分析,并根据设计方案,搭建了液滴光学检测的实验装置进行了验证。(2)针对检测装置的CCD强光失效问题,提出多级衰减片叠加的解决方法;并且由于直射式的检测存在着信号区分度不高的问题,基于液滴折射原理提出了偏置CCD的检测方法,由光线偏转模型得到了偏置的最佳角度,实现微液滴精确检测,并进行实验验证。(3)基于流动聚焦的原理及特点设计了微流控实验系统,以微型四通和毛细管搭建了低成本的微流控管路,应用PLC控制的注射泵作为流体驱动装置,构成了液滴微流控平台。利用COMSOL软件进行了微流控管路的仿真,确定了该管路生成液滴的流体速度范围,并由实验验证液滴微流控系统的效果。(4)最后将光学检测装置和液滴微流控系统组合构成微液滴光学检测实验平台,进行微液滴的光学检测实验研究。在微液滴生成速度检测实验中,发现载液流速和液滴的生成速度是正相关的关系。对不同种类液滴的检测,验证了随着折射率增大,检测信号强度增强的现象。进行单液滴的尺寸检测实验,测得结果和仿真基本一致。通过本文的研究,提出了基于光折射原理的微液滴光学检测方法,实现了微液滴测速及尺寸检测,对于简化微流控的检测系统结构,增加微流控检测的应用范围及推动微流控光学检测技术的市场应用具有重要意义。
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