微透鏡成像技術研究溫度變化下的物質結構、濃度和熱擴散.pdf

1、本文研究以微透鏡成像的方法監(jiān)測分析有關生物材料與溶液的折射率隨溫度的變化，從而據此發(fā)展測定有關物質結構與濃度等參數的技術。
　　溫度變化下的生物材料的結構變化、溶液的濃度變化和溶液的擴散均是生物醫(yī)學研究領域的重要研究問題，由于光學測量技術具有快速、精確、無擾等特點，通過測量材料或溶液的折射率來測定材料的結構變化、溶液的濃度變化和溶液的擴散已經成為一個有效的手段。本文在本實驗室前期研究發(fā)展的微球成像技術檢測材料與溶液折射率方法的基礎

2、上，發(fā)展出有更高精確度的新型微透鏡成像折射率測量技術以及基于微球型微透鏡成像技術的新型聚合物材料玻璃化轉變溫度的測量方法；并發(fā)展出通過測量兩種波長下的溶液折射率來消除溫度擾動對溶液濃度測量影響的技術；還發(fā)展出以二維微透鏡陣列成像法實時監(jiān)測液體在溫度梯度下的二維熱擴散技術。主要進行的工作有：（1）在微球成像測量折射率技術的基礎上研發(fā)了成像效果更好的新型微透鏡折射率測量法。通過研究分析其原理，探討了微透鏡成像參數對測量靈敏度的影響，并進行了

3、相關的實驗驗證，結果表明微透鏡成像技術可以有效測量微量液體的折射率，且測量精度比微球成像技術高，并可對液體不同微區(qū)的折射率進行連續(xù)實時測量。（2）將微球成像技術與微球制備技術相結合，發(fā)展了測量聚合物玻璃化轉變溫度的新穎光學技術，通過測定聚苯乙烯等三種聚合物，驗證了該方法的可靠性和精確性，分析了加熱速度對玻璃化轉變溫度的影響，并實現同時測定多種聚合物的玻璃化轉變溫度。（3）根據微透鏡折射率測量法，通過構建405 nm和660 nm的雙波長

4、成像系統(tǒng)，實現對四種溶液在不同溫度不同濃度情況下的折射率測定，并通過建立不同溶液的濃度與雙波長折射率關系的數值模型，實現了在排除溫度變化干擾下溶液濃度的準確測定，濃度測量誤差控制在0.1％以內。（4）通過建立二維平板微透鏡監(jiān)測陣列，進行實時成像以檢測高低熱源間二維平板設定位點的折射率變化，從而實現對液體二維溫度分布的有效監(jiān)測，發(fā)展了基于微透鏡折射率法監(jiān)測二維液體熱擴散過程的技術。
　　本研究的創(chuàng)新點主要在于：
　　1．在微球

5、折射率測量方法的基礎上進一步發(fā)展可用于微量液體測量的微透鏡折射率測量法。相對于微球折射率測量法，新方法具有對焦容易、成像質量高，折射率測量精度提高、易于操控等優(yōu)點。該方法可以有效測量微升級液體的折射率。
　　2．根據微球折射率測量方法，發(fā)展出新的聚合物材料玻璃化轉變溫度的光學監(jiān)測方法，該方法可以有效檢測其它技術難以檢測的微球狀聚合物材料的玻璃化轉變溫度，并且可以同時檢測多種聚合物材料以進行比較，且相對于常見的熱分析技術，該方法的測

6、試過程中加熱速度對玻璃化轉變溫度的影響相對更小。對任意形狀的聚合物微顆粒，該方法也可以有效測量。
　　3．在微透鏡折射率測量法的基礎上，發(fā)展出可消除溫度因素在溶液濃度測量中影響的雙波長監(jiān)測技術，可準確測定密度與溫度分布不均勻溶液的微區(qū)濃度。
　　4．采用在二維平面分布的微透鏡成像法，進行在有溫度梯度情況下各點折射率變化情況的實時監(jiān)測技術研究，以便實時測量液體二維熱擴散的過程，為發(fā)展二維液體擴散監(jiān)測提供一個新的方法。
　

7、　總之，我們發(fā)展的微透鏡成像折射率測量方法，與其他折射率測量方法相比有很多優(yōu)點，可以對微量液體實現精確的折射率測量，并且只要將微透鏡浸沒在液體中便可測定，實驗操作簡單快捷。發(fā)展的光學方法可同時測定多種聚合物的玻璃化溫度；通過構建雙波長成像系統(tǒng)，能夠實現對不均勻分布溶液在不同溫度不同濃度情況下的折射率測定，從而實現在排除溫度變化干擾下溶液濃度的準確測定；實現了快速實時監(jiān)測不同區(qū)域折射率動態(tài)變化而有效測量二維空間各點的溫度分布。在微透鏡成像