基于光流控显微技术的文献综述

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1、基于光流控显微技术的文献综述1.引言在生物或临床应用中，对样品的光学成像通常在昂贵和笨重的显微镜系统下实现。成像过程可以说是耗时并且需要大量劳动力的。现在，可以在一个微流体平台下实现一个经济的自动化的显微镜，这可以极大地简化和改进成像程序及其生物医学中的应用。微流体装置的主要优点包括其结构的紧凑性和低成本。在应对一系列重要的小型化问题时，已证明其可以提供良好的解决方案，如流体输送、样品处理、化学传感和样本排序。然而，在亚微米芯片上的光学成像仍然是一个悬而未决的问题。在现有的微流体系统中，在忽略微分析系统的体积和成本的优势的情况下，仍然选择使用笨

2、重的传统显微镜完成高分辨率成像的。作为一个参考点，根据物镜的数值孔径大小与波长使用范围来考虑，一个商业常规显微镜分辨率可以达到大约1μm到0.2μm。一个可能的低分辨率成像策略是将样品直接叠加在一个二维传感器阵列的顶部，并用一个均匀的光场照射样品。然而，所得到的传输图像的分辨率是由传感器的间距大小所决定的，典型的感器的间距的大小为5毫米或更大，用这种方[7]法是难以实现显微镜的高分辨率。Lange等人使用这种方法展示了一个分辨率为10微米结构紧凑的片上成像装置。2.显微技术在光流控领域的研究现状2006年，XinHeng,DavidEricks

3、on等人提出了一种新型的以微流体为基础的无透镜的成像技术，称为光流控显微技术（OFM），并通过光流控显微镜展示了秀丽隐杆线虫的成像，其测量的分辨率极限为49040nm。OFM装置由具有亚微米大小孔径组成的蚀刻阵列的不透明金属膜和结合到金属膜上的PDMS微流控芯片组成。孔径阵列和微流控芯片的制作是分两个单独的步骤进行。制备孔径阵列时，将90nm厚的铝首先在石英晶片上蒸发，然后在PMMA光刻胶上通过光刻获得孔径阵列（其直径D=600nm；间距为5μm），接着通过反应离子刻蚀转移到铝层。在制备微结构时，首先在MicrochemSU8光刻胶进行光刻，

4、然后转移到PDMS弹性体上。微流控芯片粘附在金属层，其准确排列由光刻机来完成。微流体通道是一个30μm宽，15μm高的原型。入射光2源强度为0.1w/cm。其结构图如下所示。图2.1斜孔阵列布置是该成像方法的关键性创新。原则上，OFM原型可以作为孔间图案沿Y方向的阵列。然而，在这样的结构中，如果没有将2个或更多孔映射到相同的传感器像素，是不可能把减小孔的安置距离使其小于传感器像素的宽度。斜孔阵列布置使我们能够确保每个孔都能映射到不同像素的传感器阵列上，以确保相邻的孔之间的间隔是与像素宽度相等的(如图(c),(d))。同时，行扫描的间距可以通过简

5、单调整沿Y轴方向的孔间距来任意调节。这样的安排可以确保相邻的线扫描重叠和目标的所有部分都可以成像。在这个配置中，该系统的分辨率受到孔的直径的限制，而不是传感器的像素大小。最后，他们认为OFM原型实现测量的要求是在经过孔时，目标的方向和形状保持不变。图2.2为了展示OFM原型的成像能力，他们对在幼虫阶段的野生型线虫（C.elegans）进行成像。首先样品在70℃的热水中浸泡3min，然后将它们与浓度为0.1%牛血清白蛋白（BSA）溶液混合。BSA溶液可以有效降低样品对通道壁的-1粘附。压力驱使的流量用来驱动的样品通过通道。浓度约为5C.elega

6、nsnL，-1平均传输速度为300mms。由于CCD像素的采集时间为2.5ms，这个速度能够使沿X方向的有效像素尺寸平均为750nm。最大限度的实现图像采集率为40-1wormsmin。平均而言，大约45%的图像是由于样本反转（通过对孔径A、B检测）和线虫聚集而被排斥。类似的光照条件下，图2(a)-(c)显示该线虫几间图像，与图2（d）显示一个线虫在倒置显微镜下获得的图像。线虫咽部在OFM图像中可辨，这可以证明OFM至少能达到传统显微镜的的检测能力。图2.32008年，XiquanCui,LapManLee等人提出了无透镜的高分辨率的片上光流控

7、显微镜，并对秀丽隐杆线虫和细胞进行成像。他们预计，光流控显微镜可解决一系列的生物医学和生物科学的需要，并产生新的显微镜的应用。他们提出了几种片上的成像方案（如图2.4），并对其进行比较。(A)直接投影成像方案：通过将试样直接放置在传感器网格的顶部，可以得到一个具有分辨率等于像素大小的投影图像。(B)通过放置在一个网格的孔的试样，我们可以得到一个稀疏图像。然而，对于相同的网格密度，所获得的图像其改善不会超过方案A。(C)通过光栅扫描样品的孔径的网格，可以得到一个“充满的”图象。在这种情况下，图像的分辨率受孔径大小所限制。网格密度不再是解决问题的一

8、个因素。(D)扫描方案可以简化成一个单一的整个网格的试样流定位网格在一个小角(θ)相对于流动方向（X轴）。(E)通过一个长的线性阵列孔径阵列可以被简化