微液滴芯片沟道定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种微液滴芯片沟道定位装置及方法，其中微液滴芯片沟道定位装置包括：芯片装卡单元，用于装设微液滴芯片，微液滴芯片上构造有沟道，其水平位置由水平驱动电机调整；光学单元，用于将激光光路与可见光成像光路重合共轴，包括物镜，物镜上连接有电荷耦合器件，物镜的垂直位置由垂直驱动电机调整；激光发射源，形成激光光路；白光源，形成可见光成像光路；控制单元，与电荷耦合器件通讯连接，以对电荷耦合器件获取的图像进行计算分析得到调整值，并依据调整值控制水平驱动电机和/或垂直驱动电机运转。本发明专利技术微液滴的数字图像获取简单便捷，数字图像更加直观，沟道定位准确率高，重复性好。重复性好。重复性好。

【技术实现步骤摘要】
微液滴芯片沟道定位装置及方法


[0001]本专利技术属于微液滴检测
，具体涉及一种微液滴芯片沟道定位装置及方法。

技术介绍

[0002]微液滴微流控(droplet-based microfluidics)是近年来在微流控芯片上发展起来的一种操控微小体积液体的技术平台，其原理为：将两种互不相溶的液体，例如，其中的一种为油相、另一种为水相，油相和水相同时进入微通道后，在微通道的作用下，水相以微小体积(10-15
～10-9
L)单元的形式分布于油相中，形成一系列离散的微液滴。每个液滴作为一个微反应器，完成一组化学或生物反应。
[0003]微液滴以一字排开的方式流过检测区域，激光垂直射在检测沟道处，带有标记的微液滴在通过时被特定波长激光激发出荧光信号，荧光信号被采集进行接下来的分析。能够激发出荧光信号并完成采集的前提是激光能够精准的射在宽约100μm的沟道上，精密的电机驱动装置必不可少，同时也需要光路有较高的准直度。
[0004]微液滴芯片的注塑材料特质，加上沟道十分狭窄，导致沟道定位困难。有通过激光沿垂直沟道方向扫描的方式采集激光反射信号波形，分析计算出沟道位置的方法，这种方法对于芯片微管道的加工工艺要求很高，必须严格保证激光在沟道处的反射特性相差不大，才能得到较为一致的扫描沟道波形。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种芯片沟道搜索定位方法，微液滴的数字图像获取简单便捷，数字图像更加直观，沟道定位准确率高，重复性好。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种微液滴芯片沟道定位装置，包括：
[0007]芯片装卡单元，用于装设微液滴芯片，微液滴芯片上构造有沟道，其水平位置由水平驱动电机调整；
[0008]光学单元，用于将激光光路与可见光成像光路重合共轴，其包括物镜，物镜上连接有电荷耦合器件，物镜的垂直位置由垂直驱动电机调整；
[0009]激光发射源，其发出的激光经由物镜射至微液滴芯片上形成激光光路；
[0010]白光源，与物镜正对设置，其发出的可见光经由微液滴芯片、物镜射至电荷耦合器件上形成可见光成像光路；
[0011]控制单元，与电荷耦合器件通讯连接，以对电荷耦合器件获取的图像进行计算分析得到调整值，并依据调整值控制水平驱动电机和/或垂直驱动电机运转。
[0012]本专利技术还提供一种微液滴芯片沟道定位方法，包括如下步骤：
[0013]位置初始化步骤，控制垂直驱动电机运转驱动物镜沿垂直方向靠近微液滴芯片运动至第一高度位置；
[0014]沟道水平搜索步骤，控制水平驱动电机运转驱动微液滴芯片沿水平方向由物镜的
第一侧运动至第二侧，并获取微液滴芯片在水平不同位置的第一图像，分析获取的第一图像的第一图像灰度总和，控制水平驱动电机运转驱动微液滴芯片运动至第一图像灰度总和的最大值所对应的微液滴芯片的水平位置；
[0015]物镜聚焦步骤，控制垂直驱动电机运转驱动物镜沿垂直方向靠近微液滴芯片由第一高度位置运动至第二高度位置，并获取微液滴芯片在垂直不同位置的第二图像，分析获取的第二图像的第二图像灰度总和，控制垂直驱动电机运转驱动物镜运动至第二图像灰度总和的最大值所对应的物镜的垂直位置；
[0016]沟道水平位置精调步骤，识别与第二图像灰度总和的最大值相对应的第二图像中的沟道实时位置，与沟道目标位置比较得水平调整值，依据水平调整值控制水平驱动电机运转驱动微液滴芯片水平运动。
[0017]优选地，第一图像的灰度采用自适应阈值分割处理获得，和/或，第二图像的灰度采用灰度方差乘积函数获得。
[0018]优选地，在物镜聚焦步骤中，第二图像灰度总和在物镜由第一高度位置运动至第二高度位置过程中先增大后减小。
[0019]优选地，沟道目标位置通过微液滴荧光激发试验标定获得。
[0020]优选地，沟道实时位置采用如下方法获得：
[0021]对第二图像进行自适应阈值分割处理，获得对应于第二图像的第三图像；
[0022]确定第三图像中的沟道的边缘水平位置。
[0023]优选地，第三图像中的沟道的边缘水平位置采用如下方法获得：
[0024]统计第三图像中每一列像素灰度和，获取像素灰度和超过预设阈值的列对应的水平位置，根据沟道实际宽度所对应的像素宽度，获得对应于沟道边缘的实际水平位置，计算获得像素偏移修正量，像素偏移修正量即为水平调整值。
[0025]优选地，统计第三图像中每一列像素灰度和之后形成二值图像每一列像素灰度和分布直方图。
[0026]本专利技术提供的一种微液滴芯片沟道定位装置及方法，通过设置所述电荷耦合器件对所述微液滴芯片的水平位置调整过程中以及所述物镜的高度位置调整过程中的微液滴芯片的实时图像进行简单便捷地拍摄获取，获取的图像为数字图像，通过对获取图像进行识别进而直观而准确的对图像上的沟道实现定位、调整，实时获取的图片能够被保存，具有较好的重复性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的微液滴芯片沟道定位装置的组成结构示意图；
[0028]图2为沟道水平搜索步骤(此时物镜为未聚焦状态)中微液滴芯片水平移动搜索沟道拍摄的第一图像；
[0029]图3为对图2进行自适应阈值分割得到的二值图像；
[0030]图4为物镜聚焦步骤中物镜垂直移动过程中拍摄的第二图像，可以看到在此过程中沟道由模糊变清晰又变模糊；
[0031]图5为聚焦清晰的第二图像(其中左图)与对其进行自适应阈值分割处理获得第三图像(其中右图)的对照图；
[0032]图6为图5中第三图像(二值图像)每一列像素灰度和的分布直方图；
[0033]图7为聚焦清晰的第二图像与调整了水平位置后(沟道水平位置精调步骤中)的图像的效果对照图。
[0034]附图标记表示为：
[0035]10、微液滴芯片；11、沟道；12、水平驱动电机；20、物镜；21、电荷耦合器件；22、垂直驱动电机；30、激光发射源；40、白光源；50、控制单元。
具体实施方式
[0036]结合参见图1至图7所示，根据本专利技术的实施例，提供一种微液滴芯片沟道定位装置，包括：芯片装卡单元，用于装设微液滴芯片10，微液滴芯片10上构造有沟道11(可以包括检测沟道)，其水平位置由水平驱动电机12调整；光学单元，用于将激光光路与可见光成像光路重合共轴，其包括物镜20，物镜20上连接有电荷耦合器件21(CCD，Charge Coupled Device)，物镜20的垂直位置由垂直驱动电机22调整，所述电荷耦合器件21用于对所述微液滴芯片10拍摄成像；激光发射源30，其发出的激光经由物镜20射至微液滴芯片10上形成激光光路，其用于对所述沟道11中的微液滴进行荧光激发；白光源40，与物镜20正对设置，其发出的可见光经由微液滴芯片10、物镜20射至电荷耦合器件21上形成可见光成像光路，以使所述微液滴芯片10(含沟道11)能够在所述电荷耦合器件2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微液滴芯片沟道定位装置，其特征在于，包括：芯片装卡单元，用于装设微液滴芯片(10)，微液滴芯片(10)上构造有沟道(11)，其水平位置由水平驱动电机(12)调整；光学单元，用于将激光光路与可见光成像光路重合共轴，其包括物镜(20)，物镜(20)上连接有电荷耦合器件(21)，物镜(20)的垂直位置由垂直驱动电机(22)调整；激光发射源(30)，其发出的激光经由物镜(20)射至微液滴芯片(10)上形成激光光路；白光源(40)，与物镜(20)正对设置，其发出的可见光经由微液滴芯片(10)、物镜(20)射至电荷耦合器件(21)上形成可见光成像光路；控制单元(50)，与电荷耦合器件(21)通讯连接，以对电荷耦合器件(21)获取的图像进行计算分析得到调整值，并依据调整值控制水平驱动电机(12)和/或垂直驱动电机(22)运转。2.一种微液滴芯片沟道定位方法，其特征在于，包括如下步骤：位置初始化步骤，控制垂直驱动电机(22)运转驱动物镜(20)沿垂直方向靠近微液滴芯片(10)运动至第一高度位置；沟道水平搜索步骤，控制水平驱动电机(12)运转驱动微液滴芯片(10)沿水平方向由物镜(20)的第一侧运动至第二侧，并获取微液滴芯片(10)在水平不同位置的第一图像，分析获取的第一图像的第一图像灰度总和，控制水平驱动电机(12)运转驱动微液滴芯片(10)运动至第一图像灰度总和的最大值所对应的微液滴芯片(10)的水平位置；物镜聚焦步骤，控制垂直驱动电机(22)运转驱动物镜(20)沿垂直方向靠近微液滴芯片(10)由第一高度位置运动至第二高度位置，并获取微液滴芯片(10)在垂直不同位置的第二图像，分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：白宇，樊东东，夏雷，刘晓彬，杨文军，
申请(专利权)人：新羿制造科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：