功率放大器在機(jī)器視覺(jué)下液滴操控與熒光分析檢測(cè)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在機(jī)器視覺(jué)輔助下超疏水表面無(wú)接觸液滴操控與熒光分析檢測(cè)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在本研究中，我們開發(fā)了一種機(jī)器視覺(jué)輔助的聲波鑷子（MVAAT），用于在超疏水表面上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)接觸的液滴操控。該系統(tǒng)通過(guò)在超聲換能器（UST）和超疏水表面之間產(chǎn)生超聲波駐波，誘導(dǎo)聲輻射力，從而在超疏水表面上實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的液滴操控。我們采用了基于工業(yè)相機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和追蹤液滴，為自動(dòng)化液滴運(yùn)輸和合并提供精確的液滴位置信息。最后，我們將MVAAT應(yīng)用于基于熒光的Cu2+檢測(cè)，展示了其在實(shí)際生化分析中的潛力。
測(cè)試設(shè)備：ATA-1220D功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、超聲換能器等。
圖1：實(shí)驗(yàn)裝置圖
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
圖2：實(shí)驗(yàn)步驟
如圖1所示，我們使用配備10mm直徑超聲換能器的MVAAT進(jìn)行了所有液滴操作實(shí)驗(yàn)。該超聲換能器的中心頻率為40±1KHz，帶寬為1.2KHz，聲壓為105dB，發(fā)射角為80°±12°。超聲換能器被固定在笛卡爾機(jī)器人的Z軸上。它的正下方是超疏水基板。分辨率為2048x.1536像素、幀率為120fps的工業(yè)相機(jī)，搭配12mm定焦鏡頭位于透明超疏水基材的正下方，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和跟蹤超疏水基材上的液滴。為了激活UST，使用信號(hào)發(fā)生器生成發(fā)射電壓為5V的38kHz正弦波，隨后由功率放大器放大。微處理器控制笛卡爾機(jī)器人的動(dòng)作以及超聲換能器的開關(guān)。MVAAT可用于自動(dòng)操作液滴以檢測(cè)Cu2+在水中的濃度，展示了其實(shí)際生化應(yīng)用的潛力。 實(shí)驗(yàn)步驟如圖2所示，將超疏水底物虛擬分為液滴預(yù)處理區(qū)、檢測(cè)區(qū)和回收區(qū)。在液滴預(yù)處理區(qū)域內(nèi)，MVAAT合并了目標(biāo)液滴，隨后將其運(yùn)輸?shù)交跓晒獾腃u的檢測(cè)區(qū)域2+檢波。在檢測(cè)區(qū)域停留10s后，將液滴運(yùn)送到回收區(qū)進(jìn)行處理。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖3：實(shí)驗(yàn)演示效果
實(shí)際演示效果如如圖3所示，最初，使用MVAAT自動(dòng)混合RBH和Cu實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液滴（“Liquid0”和“Liquid1”）。隨后，將得到的合并液滴移動(dòng)到檢測(cè)區(qū)通過(guò)熒光檢測(cè)器進(jìn)行Cu2+濃度分析。分析完后，合并的液滴被移至回收區(qū)域進(jìn)行處理。之后再重復(fù)此過(guò)程，對(duì)“Liquid2”和“Liquid3”啟動(dòng)后續(xù)檢測(cè)。
圖4：實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果
檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，在檢測(cè)區(qū)域沒(méi)有液滴的情況下，熒光檢測(cè)器的ADC值保持在3。然而，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)合并的液滴(10μMCu2+)到達(dá)時(shí)，ADC增加到130左右，當(dāng)液滴移動(dòng)到回收區(qū)域時(shí)，ADC又回到了3。隨后第二個(gè)合并液滴(1mMCu2+)到達(dá)檢測(cè)區(qū)域?qū)е翧DC進(jìn)一步增加至約340。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在大約一分鐘內(nèi)完成。
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