三维相位展开算法在精密运动测试中的应用

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上,包含了一维时间和二维空间信息,适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型,分析了该算法运动测试的基本原理,讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围,并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明,算法在相位展开中引入时间信息,不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制,还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。     

中红外波长可调谐激光器及其在葡萄糖检测中的应用

提出一种激光器发射波长和功率控制与稳定的方法,研制出波长范围在9.19～9.77μm,可应用于葡萄糖检测的中红外波长可调谐CO2激光器,发射光谱半波宽度为4cm-1,光谱分辨率达到2.7×104,最高功率为800mW,功率波动性<0.8%。根据葡萄糖在中红外指纹谱波段的吸收特性,选择激光器发射光谱9R和9P带的1 081,1 076,1 051,1 041和1 037cm-1作为测量波长,利用ATR传感器测量了PBS溶液中葡萄糖浓度。结果表明五个测量波长下的吸收度与葡萄糖浓度呈现良好的线性关系(R2>0.99,SD<0.000 4,P<0.000 1),且该波长可调谐激光光谱测量系统的灵敏度是传统FTIR光谱仪的4倍左右。     

微结构特性的光学测试平台

微结构是微机电系统的基本元件，其几何尺寸、运动特性、材料及力学特性直接影响微机电系统的整体性能。提出一种将计算机微视觉、米劳显微干涉、频闪成像和激光多普勒测振等技术充分融合的微结构静态和动态特性的光学测试平台，分别对微谐振器的平面和离面周期运动特性和微机械扭转镜的离面瞬时运动特性进行测试研究。实验结果表明，利用计算机微视觉和频闪成像技术能够实观微结构的平面位移、运动相位及喈振频率等周期运动参量的测试．位移的重复精度为30nm；利用显微干涉和频闪成像技术可实现微结构的离面位移及表面扭曲等周期运动参量的测试．位移的重复精度为3nm；激光多普勒测振技术具有在频域上对微结构瞬态运动进行分析的优点．是时域上周期运动测试的重要补充。     

基于硫醇耦合蛋白绑定方法的表面等离子共振谱葡萄糖检测技术研究

使用表面等离子共振谱(surface plasmon resonance,SPR)检测葡萄糖浓度,引入D-半乳糖/D-葡萄糖结合蛋白(D-galactose/D-glucose binding protein,GGBP),该蛋白能够选择性吸附葡萄糖分子,实现特异性、高分辨率地检测葡萄糖分子的浓度。研究了在SPR传感器表面利用硫醇耦合绑定蛋白的方法,成功在SPR传感器表面绑定了GGBP蛋白并对不同浓度的葡萄糖进行了测量实验。实验结果显示,当葡萄糖浓度为0.1~10mg·dL-1时,采用硫醇耦合方法修饰蛋白的传感器具有良好的线性,同时也具有很好的重复性和稳定性,在SPR传感器表面绑定GGBP蛋白满足了组织液中低浓度葡萄糖检测的需求。     

利用Mirau显微干涉仪测量微器件的纳米级运动

描述了一种用于微机电系统（MEMS）纳米级微运动测量的Mirau显微干涉系统.该系统利用商业化的Mirau显微干涉仪，它直接安装在光学显微镜上，用于测量一个表面微加工水平谐振器的三维运动.面内运动取决于亮场在最佳焦平面处的图像，而离面运动则取决于频闪得到的干涉图像，该图像在物镜纳米定位器的8个不同位置处得到.实验结果表明了系统进行面内和离面运动测量的纳米级分辨力.     

基于相位相关与块匹配的纳米精度微器件平面动态测量

为测量MEMS谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数,结合微器件的特征,利用光学的方法对MEMS器件进行了运动分析。提出了基于相位相关与块匹配相结合的运动检测技术,并对MEMS器件的运动图像序列做了分析与处理,得到了其动态特性参量,为MEMS器件的设计提供了重要参考。实验结果表明,该方法具有较好的测量精度和测量速度,测量重复性可达到44nm。     

利用光切方法测量微结构的三维微运动

微结构动态特性的测试方法对研发可靠的、能市场化的微机电系统(MEMS)是必需的。开发出了一种测试系统,能使微结构的三维运动可视化。系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;利用光切方法来获取一系列图像,以此来表征微结构的三维运动;利用频闪照明来冻结微结构的高速运动。通过研究微加工水平谐振器在激励条件下的三维运动,论证了系统的功能。     

硼酸盐聚合物层数对表面等离子共振谱葡萄糖浓度测量的影响

在表面等离子共振谱(surface plasmon resonance,SPR)葡萄糖浓度测量中,引入一种全新的能够特异性吸附葡萄糖分子的硼酸盐聚合物PAA-ran-PAAPBA,实现了葡萄糖浓度的特异性检测。采用层层自组装的方法分别在SPR传感器表面绑定6层和12层硼酸盐聚合物,研究了聚合物层数对葡萄糖浓度测量效果的影响。分别在浓度范围1～10mg.dL-1(浓度间隔Δ=1mg.dL-1)、10～100mg.dL-1(浓度间隔Δ=10mg.dL-1)、100～1 000mg.dL-1(浓度间隔Δ=100mg.dL-1)内进行实验,实验数据采用二次曲线进行拟合,得到折射率差值ΔRU和葡萄糖浓度之间的拟合度。实验结果显示在前两个较小葡萄糖浓度范围内绑定有12层聚合物传感器的测量效果要明显好于6层聚合物,在第三个较大葡萄糖浓度范围内聚合物层数的影响并不明显,表明在小浓度范围内增加聚合物绑定层数可以改善葡萄糖测量效果。     

基于红外ATR光谱的组织液中葡萄糖信息检测方法研究

通过测量组织液中的葡萄糖浓度获得血糖信息是目前实现血糖连续检测的主要方法,中红外ATR光谱法在分析葡萄糖等生物小分子成分信息方面具有显著优势,但是如何利用中红外ATR光谱法检测皮下组织液中的葡萄糖信息仍是尚未解决的问题。在对中红外穿透深度理论分析的基础上开展了自然状态和渗透状态下人体皮下组织液葡萄糖的中红外ATR光谱检测实验。首先探究将中红外光直接入射到人体皮肤表层上,采集自然状态下人体手指皮下组织液葡萄糖的ATR光谱数据,讨论中红外直接穿透皮下组织获得葡萄糖信息的可行性;在此基础上,通过采用低频超声和真空负压的方法促进组织液渗透到皮肤表层,采集其中红外ATR光谱进而分析和判断是否含有葡萄糖特异信息。由于二维相关光谱技术在红外光谱等光谱研究领域分析分子间反应和物质的吸收峰信息来源时有很高的分辨率和很好的适用性,利用二维相关光谱技术分别分析皮肤表层在自然状态和渗透状态的实验条件皮下组织体中葡萄糖信息。实验结果表明:中红外ATR光谱法无法直接应用于皮下组织液的葡萄糖浓度检测,利用物理或化学的方法促进组织液渗透到皮肤表层,是实现中红外ATR光谱法检测皮下组织液中葡萄糖的一个发展方向。