高清医用电子内窥镜微型CMOS摄像模组

研发并报道一个全新的130万像素电子内窥镜微型摄像模组.该模组采用低压差分信号技术实现图像数据的长距离高保真传输,它包括一个1/5.5英寸、分辨率为1 280×1 024像素的CMOS图像传感器,一个视场角为140°的小型镜头以及2个电路板.小型镜头座直接粘合到图像传感器的非光学窗口部分,两块印刷电路板垂直装配,使模组的尺寸缩小到长宽高分别为15.0 mm、5.5 mm、5.2 mm的空间.编码芯片将并行数字信号编码成低压差分信号经双绞线传出模组.搭建了实验系统并对摄像模组的实践性能进行评价.实验表明:模组分辨率达到136 lp·mm-1,图像传输距离达到2 m以上.紧凑的结构、高清分辨率图像、大视场和长传输距离使其适用于内窥镜诊治,特别是高清胃镜和结肠镜.     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像;其次,采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,实现快速共焦扫描;最后,激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量.通过实验验证,本系统的成像视场为φ 600 μm,光学分辨率为2.2 μm,可采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,实现微创、在体的荧光显微内窥术.     

Cross-talk correction in dual-labeled fluorescent microarray scanning

Cross-talk phenomenon in dual-labeled fluorescent microarray scanning is analyzed from cross-excitation and cross-emission. It is turned out that the spectral overlap of the fluorophores is crucial for cross-talk error, and this error can be corrected by an image subtraction method. The experiment was successfully applied to separate the Cy3 channel and the Cy5 channel in microarray scanning. The cross-talk error was reduced from more than 1% to about 0.1%.     

差频瑞利增强极化拍的零差探测研究

基于马尔可夫随机场模型的理论给出了差频瑞利增强极化拍（REPB）的解析解，并且研究了三种马尔可夫随机场模型下场关联效应和瑞利型共振增强效应对拍频信号的影响，指出了振幅涨落和位相涨落在时域和频域的不同作用.差频REPB信号展现出了时域对称特性，信号在三种马尔可夫随机场模型下的差别随着带宽的增大逐渐消失.     

二氧化硅室温磷光纳米材料的制备及其细胞成像应用

利用溶胶-凝胶法制备了非金属掺杂的二氧化硅室温磷光纳米材料,探讨了这种纳米材料的可控制备、光谱性质、细胞毒性和细胞成像。通过TEM和XRD对此材料的形貌和结构进行表征。结果表明,所制备材料为二氧化硅非晶材料,粒径约为50 nm。通过荧光分光光度计对此材料的荧光和磷光光谱进行表征,结果表明,此材料最大激发峰处于280 nm,最大荧光发射峰处于335 nm,最大磷光发射峰处于440 nm。此材料还具有良好的环境稳定性,在空气中放置3个月,其磷光强度基本不发生变化,表明其具有良好的长期稳定性。 MTT及激光共聚焦显微成像分析结果表明,此材料具有良好的生物相容性且可顺利进入细胞,并定位在溶酶体,因此有望作为新型溶酶体纳米探针在生物医学领域得以广泛应用。     

DNA分析仪的灵敏度分析

设计了DNA分析仪,采用激光诱导荧光对样品的毛细管电泳结果进行检测,对仪器的灵敏度进行了理论分析和实验测试.分析表明:荧光的探测灵敏度取决于入射到光探测器(PMT或CCD)上的荧光强度及光探测器自身的探测能力.结合设计参量,计算得到DNA分析仪针对染料TO(thiazole orange)作为荧光标记的探测灵敏度为0.127 fluor/μm3个荧光分子.和实验结果相比,双链DNA样品pGEM-3Zf(+)/Hae III Markers加TO进行毛细管电泳实验,得到实际的探测灵敏度为0.145 4 fluor/μm3荧光分子.研究表明:提高探测灵敏度的措施是制备性能良好的毛细管涂层和合理使用筛分介质,合理增大激光功率、尽可能增大物镜的数值孔径、提高光电倍增管的探测下限.     

毛细管阵列电泳检测过程中的杂散光分析

建立了激光诱导荧光检测系统.采用光学仿真方法,建立与实际光学系统相同的模型.模拟表明:聚焦光束扫描毛细管阵列,轴上光束入射到毛细管内径中心时产生的杂散光最大,在两边逐渐减小.由毛细管产生的杂散光的平均光强是无毛细管时的2.725倍,说明由它产生的杂散光比较严重.对不同大小的内径产生的杂散光影响进行了分析比较,增大毛细管的内径,杂散光增大,但毛细管内径减小会使进样量少,检测困难,同时还会加大清洗与灌胶的难度.综合考虑,选取内径为50 μm的毛细管较为合适.利用自行设计的激光诱导荧光检测系统扫描毛细管阵列,进行了杂散光检测实验,光电倍增管记录所收集到的信号,作出了激光束扫描毛细管的不同位置时的杂散光信号强度分布图,实验与模拟结果相一致.     

高清医用电子内窥镜微型CMOS摄像模组(英文)

研发并报道一个全新的130万像素电子内窥镜微型摄像模组.该模组采用低压差分信号技术实现图像数据的长距离高保真传输,它包括一个1/5.5英寸、分辨率为1280×1024像素的CMOS图像传感器,一个视场角为140°的小型镜头以及2个电路板.小型镜头座直接粘合到图像传感器的非光学窗口部分,两块印刷电路板垂直装配,使模组的尺寸缩小到长宽高分别为15.0mm、5.5mm、5.2mm的空间.编码芯片将并行数字信号编码成低压差分信号经双绞线传出模组.搭建了实验系统并对摄像模组的实践性能进行评价.实验表明:模组分辨率达到136lp.mm-1,图像传输距离达到2m以上.紧凑的结构、高清分辨率图像、大视场和长传输距离使其适用于内窥镜诊治,特别是高清胃镜和结肠镜.     

激光诱导荧光毛细管电泳DNA检测系统信噪比分析

建立了用于DNA分析的激光诱导荧光检测毛细管电泳系统,分析了垂直入射激发光在毛细管中的行进和高分子溶液电泳筛分介质的瑞利散射及毛细管壁折反射引起的激发光背景噪音.利用光线追迹法计算了折反射引起的背景噪音随激发光和收集方向角度不同时的分布曲线以及荧光在各个方向的分布曲线.两种噪音比较表明,散射噪音比激发光背景噪音低4个数量级,可以忽略.模拟表明,光轴方向荧光最强,90°方向最弱,变化在6.5％内.激发和收集方向成105°时,背景噪音最小,可以获得最大的信噪比,最后对模拟结果进行了实验验证.     

动磁式双定子直线压缩机动态特性仿真研究

针对一种动磁式双定子直线压缩机,在分析电机运行原理的基础上,建立其等效磁路模型,推导了气隙磁链、电磁力、电磁力系数、反电动势系数和电感等重要控制参数的解析公式,并通过有限元计算对解析结果进行验证。根据控制参数计算结果,对直线压缩机系统的动态特性进行仿真研究。重点分析了电机电流、动子位移和速度随时间变化规律及活塞振幅随频率变化特性。研究结果对直线压缩机活塞的行程控制、弹簧系统的谐振设计以及后续的控制系统设计提供重要理论依据。