荧光显微成像系统中纳米级位移伺服控制器的设计

摘要

在荧光显微成像系统中，一个重要的部件是控制显微物镜轴向纳米级微位移的控制系统。高分辨率的位移伺服控制器控制显微物镜在z轴方向的纳米级移动可实现样本的亚微米级以至更小间隔的光学切片成像，然后利用得到的数据进行三维重建便可构建出样本的三维图像。位移伺服控制器的要求是高分辨率，控制显微物镜在纳米级移动，且线性好、稳定度高。本课题的主要内容是设计满足荧光显微成像实验要求的纳米级位移伺服控制器。
　　 本课题设计的微位移伺服控制器基于压电晶体。压电晶体理论上具有无限小的分辨率，且负载能力强，广泛地用于精密机械控制领域。我们设计的微位移伺服控制器包括两部分：以Cypress公司产品EZ-USB FX2为核心的微处理机系统部分和以闭环控制、高压驱动电路为主的伺服控制模拟电路部分。在设计开发过程中，解决了一系列技术问题，如地线布线不良引入的工频干扰、编码器干扰、高压驱动带容性负载的稳定性问题、系统上电下电过程中对压电晶体的保护问题等。
　　 对研制的实验样机用荧光珠实验测试了控制器的性能。实验结果表明，微位移控制器的线性和稳定性良好，基本满足荧光显微成像的要求。目前z轴分辨率尚未测定，微位移控制器也尚未应用于生物实验，这些工作都有待完成。可以预见的是，微位移伺服控制器的研发和改进将用于细胞的三维成像实验以及目标蛋白的三维跟踪。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 微位移控制器的功能设计

3 微位移控制器的可靠性设计

4 整机调试与实验结果

5 总结与展望

致 谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文