光誘導生物粒子操縱系統(tǒng)中虛擬電極生成平臺的研究.pdf

1、介電泳（Dielectroptloresis，簡稱DEP）作為一種重要的微納米生物粒子操作工具，從1978由Pohl引進生物和化學領域以來，越來越多的學者對其理論及應用進行了深入研究，目前基于介電泳理論的微納米粒子操縱技術已成功應用于生物粒子的分離、輸運、捕捉及分類等多種操作。與現(xiàn)有的眾多微操縱技術（如基于機械力、流體力、聲輻射力和光輻射力等方式的微納米粒子操縱技術）相比，介電泳微納米粒子操縱方法由于其無需移動部件、實施簡單、柔性好、能

2、滿足大量并行操作，因而在微納米生物粒子操縱領域擁有較好的發(fā)展前景。 在介電泳微操縱系統(tǒng)中，介電泳力的分布與電極形狀息息相關，一種結(jié)構(gòu)形式的電極只能實現(xiàn)一種操縱。因此電極結(jié)構(gòu)的設置在介電泳微操縱系統(tǒng)中占有著至關重要的地位。不同方式的操縱需要不同形式的電極結(jié)構(gòu)，而要實現(xiàn)對微納米生物粒子的復雜操縱，除了需要設置具有相應功能的電極結(jié)構(gòu)外，還需根據(jù)實際操縱情況實時改變電極幾何形狀。然而物理電極形狀的不變性，使得早期的介電泳芯片常常只具有一

3、種功能（如純粹的分離或傳輸），而光模式虛擬電極概念的提出，使微粒子的復雜操縱成為可能。本文即總結(jié)現(xiàn)有虛擬電極生成技術的成果與不足，研究生物粒子操縱系統(tǒng)中的虛擬電極的關鍵技術，從而建立一個能實現(xiàn)微納米生物粒子復雜操縱的軟件平臺。本文完成了下列研究工作： （1）投影校正：針對虛擬電極投影光路中不可避免地存在著投影誤差，分析了誤差產(chǎn)生的機理，并采用平面單應的原理建立了投影平面與介電泳平面的映射關系，通過單應矩陣彌補了投影系統(tǒng)中存在的誤

4、差，實現(xiàn)了虛擬電極的精確定位。 （2）多目標跟蹤：為了實時獲取操縱粒子的運動狀態(tài)，實現(xiàn)對粒子的閉環(huán)穩(wěn)定操縱，研究分析了多種目標跟蹤的熱點算法，通過比較各跟蹤算法及實際粒子操縱的特性，最終選擇Mean Shift算法作為跟蹤算法。 （3）虛擬電極生成平臺的開發(fā)：按照光誘導介電泳微操縱系統(tǒng)的需求，設計了一個柔性高、穩(wěn)定性好的電極平臺框架，并完成了虛擬電極生成平臺Visual C++的程序開發(fā)。 （4）實驗驗證：完成微