基于AFM的实时可控微滴检测技术研究

摘要

随着微生物化学和微机电（MEMS）系统技术的发展，微冷却、显微注射、微滴喷射、微流动系统等微流体控制检测技术成为国内外研究的热点，这些技术要求能对微流体进行精确检测和准确控制。因此开展离散化微滴控制与检测系统技术研究具有非常重要的理论意义和实用价值。 本论文课题得到广东省科技计划项目“超微量基因注射检测装置开发”（项目编号：2003812002）的资助，目的在于解决超微量微滴检测技术的难题，并在此基础上进行微滴实现和检测技术的研究。 论文中首先阐述了本课题的研究背景和意义，结合了大量国内外文献详细介绍了当前国内外微滴控制和实现技术的现状及发展并对此做出了评述；本课题提出了基于原子力显微镜（AFM）的悬臂感应喷射微滴量的检测方法，可以实时检测喷墨头产生的离散微滴量。通过原子力显微镜将微滴量精确地转换成微位移的变化量，借助于原子力显微镜的高精度检测技术测量该位移量，就可以间接地完成微滴量的测量。 基于原子力显微镜（AFM）的实时可控微滴检测系统，对微载荷变化十分敏感，同时也容易受外界扰动的影响，提高信噪比是其关键问题之一。本论文分析了在一定长度范围内，悬臂长度对系统信噪比有比较大的影响，而且通过对比实验验证了本课题的推论。通过选用气泡式喷墨打印技术作为本课题合适的实现离散化微滴的方法，设计了利盟喷墨头17G0060的驱动放大电路，为本课题的检测方法提供了前提条件。另外，论文还分析了在微滴检测领域外界噪音对原子力显微镜（AFM）信号的相应的影响，并对液体减振系统进行了改进和实验验证。最后研究讨论了原子力显微镜（AFM）在微滴量转化为压电陶瓷的电压量的过程，实现了微克级的微滴检测实验，根据悬臂弹性系数计算出了微滴量。实验表明，基于AFM的实时可控微滴检测系统能够有效实现微滴量检测。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本课题的研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1微滴量实现技术的国内外现状

1.2.2微滴量检测技术的国内外现状

1.3现有检测方法存在的问题及本研究的主要内容

1.4课题来源

第二章微滴检测系统的结构构成及悬臂分析

2.1微滴检测系统构成

2.1.1微滴检测系统结构

2.1.2微滴检测系统的组成

2.2原子力显微镜的基本原理

2.3聚酯悬臂挠度传感器

2.3本章小结

第三章微滴实现装置

3.1气泡式墨水喷射技术

3.1.1气泡式墨水喷射技术原理

3.1.2气泡式墨水喷射系统内部结构

3.2气泡式墨水喷射系统的控制方式

3.2.1气泡式墨水喷射系统的热响应

3.2.2气泡式墨水喷射系统的控制原理

3.3气泡式墨水喷射系统的装置结构

3.3.1气泡式墨水喷射系统的选用

3.3.2气泡式墨水喷射系统的定位驱动装置

3.3.3气泡式墨水喷射系统的驱动结构

3.3.4喷射墨水的平均检测

3.4本章小结

第四章AFM在微滴检测中的应用及减振系统的改进

4.1原子力显微镜在微滴检测中的应用

4.1.1原子力显微镜探针的选取

4.1.2原子力显微镜工作模式的选定

4.1.3原子力显微镜激光光路的调整

4.1.4原子力显微镜检测信号的提取

4.2原子力显微镜液体沙箱及弹簧减振系统

4.2.1沙箱及弹簧减振系统分析

4.2.2沙箱及弹簧减振系统理论分析

4.2.3沙箱及弹簧减振系统实验分析

4.3原子力显微镜液体减振系统的改进

4.3.1检测系统的振源分析

4.3.2液体阻尼减振装置的改进

4.3.3液体阻尼减振改进装置的测试

4.4墨水喷射检测试验

4.4本章小结

第五章微滴检测实验研究

5.1微滴量检测信号的转化

5.1.1微滴量转化为光检测信号

5.1.2 AFM的控制与反馈系统

5.1.3微滴量转化为电压检测信号

5.2微滴量的计算

5.2.1微滴量信号的提取

5.2.2微滴量信号的计算

5.2.3微滴喷射量重复检测实验

5.3小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致 谢