微流控芯片系统在单细胞研究中的应用

微流控芯片具有网络式通道结构,扩展了在细胞和亚细胞水平进行生命科学研究的能力,为单细胞研究提供了一个新的平台.在微流控芯片通道中,人们利用气压、液压和电压,或利用介电电泳、光学陷阱、行波介电电泳以及磁场等技术,可以操纵细胞通过或驻留在通道内的任意位置,从而使单细胞计数、筛选以及胞内组分分析等操作大大简化.本文对微流控芯片系统在血液流变学、单细胞操纵与计数以及单细胞胞内组分分析中的应用进行了综述,介绍了用于单细胞研究的多种微芯片系统,讨论了芯片上进行单细胞操纵的各种方法     

基于拉曼频移检测胰岛素自身抗体

胰岛素自身抗体(IAA)是1型糖尿病(T1DM)的重要生物标志物。IAA早在患者出现临床表现之前就存在于血清中,因此对早期筛查T1DM具有重要的意义。然而,目前现有的检测方法耗时长,缺乏敏感性和特异性。在此背景下,设计了一种基于IAA的表面增强拉曼散射(SERS)免疫芯片。随着IAA浓度的增加,对巯基苯甲酸(MBA)在～1 074 cm^-1处的特征峰会逐渐发生谱峰位移,因此利用特征峰拉曼位移的变化可实现对IAA的定量分析。实验结果表明该方法在临床应用中具有快速、敏感和准确早期筛查T1DM的潜力。     

基于RISC-V的卷积神经网络定制处理器

针对卷积神经网络在物联网设备的加速问题,提出在RISC-V架构的基础上,为卷积神经网络定制专用的加速处理器RCP(RISC-V CNN Processor),通过定制处理器技术从硬件视角进行卷积运算的加速。设计了基于RISC-V处理器的五级流水线,对流水线上的数据冲突和控制冲突提供了相应的解决方案;为卷积计算定制了MLAD/MSTORE/MMUL/MPOOL四条指令,加快了RCP处理器的卷积操作;验证RCP处理器的定制指令集,并通过运行卷积神经网络测试RCP处理器的功能。实验数据表明,使用了定制的指令集技术后,CNN的执行效率提高了3.38倍,加速了物联网设备中的卷积运算。     

微通道壁面突起对片上电泳分离流动特性影响数值计算研究

针对制造过程引起的通道壁面突起对微流控芯片电泳分离使用的影响进行数值计算和理论分析研究.分析了壁面突起产生机制及其对电泳分离效果的影响;阐述了毛细管电泳分离的物理模型并进行了离散化;编制了电泳分离数值计算程序,采用有限体积法计算微通道内电参数分布、缓冲溶液流场分布和样品区带分布;给出微通道壁面突起高度和突起宽度对电泳分离过程影响的计算结果.从计算结果可知:壁面突起高度是影响电渗流流速的主要因素,当壁面突起高度与微通道宽度的比值从0增加至0.2,电渗流流速变化幅度约为20%.     

高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备

垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量,是半导体激光器领域的持续研究热点之一.本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性.对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备,实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W,并且功率曲线仍然没有饱和;通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,从而影响VECSEL激光输出功率.所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激光光斑呈现良好的圆形对称性.     

脉冲步进调制高压电源远程通讯与反馈控制系统研究

为了满足HL-2A装置二级加热系统的高压电源系统的要求,开发了脉冲步进调制(PSM)高压脉冲电源控制系统.PSM电源控制系统采用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列器件(FPGA)组合控制方式,总计输出112路脉冲.DSP芯片实现计算、反馈、远程通信等功能,FPGA主要负责与DSP的数据传输及112路脉冲输出的时...     

电泳芯片计算机辅助设计研究进展

在简单综述了微流控芯片发展的基础上,详细讨论了芯片电泳过程数学模型包括电场、流场、浓度分布弯管道传质控制方程的建立及其求解方法,进而讨论了借助计算机模拟计算辅助芯片电泳系统网络管道设计的研究进展,重点包括进样管道及分离管道设计。     

在微流控芯片上合成对甲氧基苯甲醛肟

本文用负压进样的方法, 在自制的玻璃微流控芯片中进行了对甲氧基苯甲醛和盐酸羟胺合成对甲氧基苯甲醛肟的相转移反应. 测定了不同反应时间的产率, 并与常规方法进行了比较. 讨论了相接触面积和塞流对产率的影响.     

芯片毛细管电泳激光诱导荧光快速分离检测麻黄碱类兴奋剂

研究用芯片毛细管电泳激光诱导荧光检测系统分离测定经7-chloro-4-n itrobenzo-2-oax-1,3-d iazole(NBD-C l)衍生的麻黄碱和伪麻黄碱的实验条件。采用胶束毛细管电动色谱分离体系(12 mmol/L SDS 10mmol/L硼砂缓冲液,pH 9.0),在45 mm长的通道上实现了麻黄碱和伪麻黄碱的快速分离,一次分离小于1.5m in。10~100 mg/L范围内,峰高与浓度呈良好的线性关系,麻黄碱、伪麻黄碱的检出限分别是0.83 mg/L和1.10 mg/L。所建立的方法应用于尿中麻黄碱和伪麻黄碱的分离测定,取得满意的结果。     

基于嵌入式系统结构的印鉴鉴别系统

为了弥补市场上现有印鉴鉴别系统体积大、移动性能差、安全性较低、价格比较昂贵等缺陷,研究了基于高速数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的嵌入式印鉴鉴别系统.系统在印鉴识别算法上,基于平滑卷积的方法计算印鉴的中心位置和半径.采用径向投影法,对一维特征数据计算,得到待验印鉴(SS)与预留印鉴(MS)之间的偏转角度.把印鉴质量指标作为MS与SS对应边缘Hausdorff距离测度的控制参数,用神经网络方法综合分析、判别印鉴真伪.在硬件实现方面,片上可编程(SOPC)系统结合DSP作为检测系统核心.SOPC系统包括控制器、图像预处理器等.DSP作为系统的主处理器,用于进行图像的特征检测与识别.系统具有以太网、RS232、USB等通用接口.实验表明,该系统可以有效识别印鉴,并具有体积小、成本低、系统功能可灵活升级等特点.