光栅投影相位法系统模型及标定方法

本文针对传统投影光栅相位法的光学三角法模型进行了改进,采用直入射光路并配合使用一种简便易行的标定方法,只需使用相移公式求取相位差,而不会引入与系统几何位置关系有关的量,简化了求取高度矩阵的要求。实验结果表明,新系统模型精度良好,测量误差为0.107 mm。采用该模型和标定方法可以克服传统方法系统模型的局限性,最大限度减少误差源并提高抗干扰性。     

基于生物传感器的内毒素检测研究进展

内毒素是造成内毒素血症、多器官功能衰竭的关键因子,对人体健康存在着严重的危害。发展高选择性、高灵敏度、快捷便携且不受现场限制的检测方法具有重要意义。生物传感器以其高效、灵敏、易于自动化和微型化等优点,在相关检测领域中显示出重要的研究价值和巨大的发展空间。本文简要介绍了近年来内毒素的常用检测方法,重点综述了光学生物传感器和电化学生物传感器在内毒素检测应用中的研究进展。对生物传感器在内毒素检测中面临的挑战及其发展趋势进行了讨论和展望。     

基于表面增强拉曼光谱的多组分物质分类识别

为提高混合物质组分识别的准确性、降低建模的复杂度,构建了一种先粗分、后细分的递进式表面增强拉曼光谱检测系统.首先,用一种特征峰判别算法对全部样本进行特征提取并建立粗分模型,以分离单组分和多组分物质.然后,联合归一化与主成分分析法完成光谱特征的自动提取,并建立多输出最小二乘支持向量机细分模型.最后,采用粒子群优化算法进行参数寻优,实现多组分样本成分的精确预测.选用罗丹明6G、耐尔蓝和结晶紫三种探针分子进行实验,结果表明,特征峰判别算法提取样本特征的正确率达到99.44％,粗分模型对90例盲测样本全部识别正确;细分模型对多组分样本识别的相关系数不小于0.995,均方根误差不大于2.67343％.该拉曼检测系统能实现样本的定性、定量检测,为药品等复杂物质的检测提供了一种有效的识别途径.     

基于水凝胶的细菌传感检测

水凝胶具有含水量高、柔韧性好、黏弹性高、生物相容性高以及独特的刺激响应特性,这使得水凝胶材料在细菌传感检测方面备受关注。基于水凝胶的细菌传感器及传感芯片的研究,对细菌的基础科学研究具有重要意义,更对细菌的快速高效检测、特定环境中的细菌污染防控和疾病传播控制等具有重要应用价值。本文针对近年来水凝胶在细菌传感检测方面的研究工作进行综述。简要介绍了水凝胶的种类,水凝胶与细菌之间相互作用的影响因素。重点综述了基于温敏型水凝胶、pH敏感型水凝胶、酶敏感型水凝胶以及特异性标识物功能化修饰的水凝胶构建的传感器和传感检测方法,并综述了基于水凝胶的新型柔性传感器和微流控传感芯片的研究进展。基于水凝胶的细菌传感器在检测效率、信号采集和稳定性等方面仍需进一步提升和拓展。随着新型水凝胶材料的出现,智能细菌传感器、柔性细菌传感器和集成微流控细菌传感芯片是目前发展的方向,在细菌检测方面显示出良好的发掘潜力和应用前景。     

Decreased vibrational susceptibility of Fabry--Perot cavities via designs of geometry and structural support

Ultra-stable optical cavities are widely used for laser frequency stabilization. In these experiments the laser performance relies on the length stability of the Fabry--Perot cavities. Vibration-induced deformation is one of the dominant factors that affect the stability of ultra-stable optical cavities. We have quantitatively analysed the elastic deformation of Fabry--Perot cavities with various shapes and mounting configurations. Our numerical result facilitates a novel approach for the design of ultra-stable cavities that are insensitive to vibrational perturbations. This approach can be applied to many experiments such as laser frequency stabilization, high-precision laser spectroscopy, and optical frequency standards.     

多功能芯片对合成样本中肝癌细胞HepG2的测试研究

设计并制作了一种集多孔流分离(Multi-orifice flow fractionation,MOFF)技术与磁捕获技术于一体的用于特异性分离和捕获合成样本中肝癌细胞HepG2的多功能微流控细胞芯片.此芯片由玻璃基片和PDMS微通道盖片组成,PDMS盖片上含有3条进样通道、MOFF分离区和六边形腔体的细胞富集检测区.其中,MOFF分离区总长20 mm,由80组长度为0.18 mm、深度为50μm、收缩区域宽度为0.06 mm、扩张区域宽度为0.20 mm的半菱形收缩/扩张重复单元组成,每组收缩/扩张重复单元间的夹角为103.0°.实验以肝癌细胞HepG2-血细胞混悬液为样本;根据磁珠表面修饰c-Met抗体能与肝癌细胞HepG2特异性结合的原理,通过表面羧基化的磁珠、EDC(1 mg/mL)、NHS(1 mg/mL)和c-Met抗体制备了浓度为50μg/mL的免疫磁珠(Anti-MNCs)悬浮液.在样本流速为50μL/min条件下,利用外加磁场实现了血细胞合成样本中微量肝癌细胞HepG2的有效捕获;采用微波加热法以柠檬酸、硫脲为原料制备了用于荧光标记HepG2的碳量子点,在芯片上实现了血液中肝癌细胞HepG2的原位荧光可视化观测.对芯片检测区捕获到的HepG2进行了显微计数分析,对500μL血细胞(107 cell/mL)中含10个HepG2细胞的合成样本,捕获效率达到88.5%±6.7%(n=20).结果表明,所设计的多模式多功能的微流控芯片具有良好的肿瘤细胞分离和检测功能.     

用于细胞检测的微电极传感器设计及传感分析

本文针对肿瘤细胞的活性检测、神经细胞的神经递质检测与巨噬细胞等的氧化损伤检测等细胞检测中的核心问题,简要介绍电化学生化传感器和传感方法在细胞检测领域的应用和发展,重点对不同微电极结构的电化学传感器的设计制作、细胞检测方法及应用进展进行了综述。电化学生化传感器从单一检测电极向集成多功能和阵列式电极发展,从单个电极传感检测模式向芯片集成微电极式传感系统发展,而在其生物相容性、检测限和检测效率等方面尚需进一步提升和拓展。基于微机电系统(MEMS)技术制作的微电极研制,电极表面的多种化学和生物修饰的敏感膜研究,从硅基到聚合物柔性基底电极的材料拓展,小体积、植入式、可穿戴式的电化学生化传感器研制等是目前发展的方向,其在临床检验、精准医疗、运动健康监测、老年健康服务等诸多领域中显示出巨大的应用前景。     

微陀螺滑模控制器中的积分算法设计（英）

为了去除不定积分环节产生的直流偏置项,提出了一种基于一次移动平均法的改进积分算法。利用一个整数周期的积分信号值构成一个集合,计算出集合的算术平均值作为瞬时直流偏置,将原积分信号减去该直流偏置,最终可得到无直流偏置项的积分信号。为实时更新直流偏置,在每个时钟上升沿将一个积分信号的新采样值加入集合尾部,并去除集合首部的数值点,从而确保集合长度维持固定值并能实时反映出最新的直流偏置。以FPGA为信号处理平台,采用Modelsim仿真和实验测试相结合的方法验证了该算法的可行性。该方法已成功用于电磁式微陀螺仪的滑模控制器之中。同已有方法相比,该积分算法复杂度低、实时性好、易于实现。