KEYENCE基恩士-『高速數(shù)碼顯微系統(tǒng)VW9000』應(yīng)用于研究生物芯片中液滴性能

• 關(guān)鍵詞： 基恩士　高速數(shù)碼顯微系統(tǒng)　VW9000　應(yīng)用　生物芯片　液滴性能

　　北京工業(yè)大學機電學院工程力學系的劉趙淼教授的主要研究方向為微流體力學、計算流體力學、流-固耦合分析理論及其工程應(yīng)用，涉及微重力下液體界面行為特性研究、微流體系統(tǒng)內(nèi)流動與傳熱特性的基礎(chǔ)理論和數(shù)值研究、考慮滑移邊界的油膜潤滑理論基礎(chǔ)研究及應(yīng)用、燃燒與傳熱問題的基礎(chǔ)理論和數(shù)值研究等。
　　目前，劉趙淼實驗室以微通道內(nèi)的流動和混合特性為研究目標。微通道形狀不同時，液滴的形成、速度狀況也不同，這正是他們關(guān)注的重點。
　　劉教授的一位碩士研究生正在使用VW9000研究微通道中液滴的行為特性。之前沒有VW9000時，她們使用PIV儀器做這種實驗，在PIV里加入熒光粒子，然后測定粒子的速度，以此得到液滴的速度。但這種儀器僅僅只能測速度，有了VW9000之后，除了測速度，還可以得到液滴的大小、形狀、形貌變化、時間等數(shù)據(jù)。同時，VW9000的精度也足夠高，人眼不能觀察的液滴形成過程能被抓拍下來，還可以做些其他實驗，如什么速度下會造成液滴的破裂等研究。目前該生物芯片的通道是500um，未來將會研究10um通道。

　　在半年的使用過程中，他們認為高速數(shù)碼顯微系統(tǒng)VW9000系列具有以下優(yōu)勢：
　　1、操作非常簡單，不需要太多培訓，特別容易上手。
　　2、最大230,000 幀／秒的拍攝能力，以往的三維顯微系統(tǒng)無法觀察到的高速移動物體也能準確捕捉到。這樣，足夠抓取較快速度下的動態(tài)成像。
　　3、最高可以按照 4000 幀／秒的速度不降低拍攝解析度（ 640×480） 進行拍攝。加裝軟件，可以測量：速度、加速度等參數(shù)。
　　4、集成化程度高，不用單買電腦、軟件等。
　　5、得到的結(jié)果直觀，不僅可以提供理論數(shù)據(jù)，還能直接在屏幕上看到液滴的形貌、破裂情況等。
　　6、便攜，占地面積小。在一個偏重力學研究的實驗室，不乏大型儀器。這款VW9000占地面積少，節(jié)省了不少空間。

 
劉老師的學生在利用VW9000對生物芯片的通道做液滴行為觀察
 
動態(tài)分析三維顯微鏡VW9000下生物芯片的液滴行為實驗

　　未來的研究興趣，以及VW9000在該實驗室的使用拓展：
　　劉老師談到目前在微通道、液滴墜落方面，利用VW9000做出的結(jié)果非常好，與數(shù)值模擬的結(jié)果能對應(yīng)起來進行分析、論證。未來的研究興趣集中在微重力的領(lǐng)域，想在微重力方面做動態(tài)攝影，進一步拓展VW9000的使用范圍。
　　另一臺VHX1000，主要是做疲勞損傷、金相結(jié)構(gòu)，測量粗糙度等研究。

劉老師的學生在利用超景深顯微鏡VHX-1000對金相組織做三維重建

　超景深顯微鏡VHX-1000下金屬表面形貌圖像

　　問題與建議
　　1、實驗過程中底板顏色反光嚴重
　　答：打背光，后面放白板，會減少反光的影響。
　　2、彈性壁面的滑移速度是否可以測量，即液滴本身的速度與液滴摩擦點之間速度的差異。測試滑移的形成機理及滑移模型。
　　答：為基恩士產(chǎn)品更新提供新的方向和建議，我們將會和總部研發(fā)部門溝通，是否未來將有相應(yīng)的產(chǎn)品推出。

坐在VHX1000前的劉趙淼教授

　　劉趙淼教授的個人簡介
　　劉趙淼，女，1970年5月出生，工學博士，北京工業(yè)大學機電學院工程力學系教授、博士生導(dǎo)師，研究生院副院長，北京市“科技新星”（B類），北京市中青年骨干教師，中國力學學會徐芝綸力學優(yōu)秀教師，北京市熱物理與能源工程學會理事。1992年7月畢業(yè)于吉林大學應(yīng)用力學專業(yè)，獲學士學位。1995年7月畢業(yè)于吉林大學計算力學專業(yè)，獲碩士學位。1998年7月畢業(yè)于北京理工大學機電工程系軍事化學與煙火技術(shù)專業(yè)，獲工學博士學位。曾獲得教育部“國家留學基金”資助，于2004.9—2005.9在英國利茲大學機械工程學院做訪問學者，2006年入選北京市留學回國人員擇優(yōu)資助計劃。
　　主要研究方向為微流體力學、計算流體力學、流-固耦合分析理論及其工程應(yīng)用，包括：微重力下液體界面行為特性研究、微流體系統(tǒng)內(nèi)流動與傳熱特性的基礎(chǔ)理論和數(shù)值研究、考慮滑移邊界的油膜潤滑理論基礎(chǔ)研究及應(yīng)用、燃燒與傳熱問題的基礎(chǔ)理論和數(shù)值研究等。作為項目負責人主持研究了多項國家自然科學基金項目、國家973項目子課題、北京市教育委員會科技計劃重點項目、北京市自然科學基金項目、北京市科委科技新星項目，以及北京市教委科技發(fā)展項目等科研項目。參與了多項國家科技重大專項、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、北京市教委科技發(fā)展項目等縱向課題和航天集團等單位的橫向課題研究工作。發(fā)表論文60余篇、譯著1部。

　　主要科研項目
　　（1）  國家自然科學基金項目“薄膜蠕變流動特性的動力學分析”，項目批準號：10502002。2006.1—2008.12，項目負責人。
　　（2）國家973項目“高效節(jié)能的關(guān)鍵科學問題”之子課題“高溫空氣燃燒”，2001.1——2005.12，項目批準號：G2000026300，子項目負責人。
　　（3）國家自然科學基金項目“生物軟組織多物理耦合性能的基礎(chǔ)研究” 項目批準號：30470439，2005.1---2007.12，骨干。
　　（4）北京市科技新星項目“蓄熱式高溫低氧空氣燃燒系統(tǒng)的動力學分析”，2003.1---2005.12，負責人。
　　（5）北京市教委科技發(fā)展項目“互補型蓄熱高溫空氣燃燒系統(tǒng)的動力學分析”，2003.1---2005.12，負責人。
　　（6）北京市教委科技發(fā)展項目“纖維復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件系統(tǒng)”，2002.1---2004.12，骨干。
　　（7） 北京市自然科學基金項目“固相振蕩燃燒現(xiàn)象的非線性動力學研究”，1999.9---2001.9，項目批準號：1993007,負責人。
　　（8）北京市自然科學基金項目“超低速情況下柔性機械臂的非線性動力學問題的研究”，1999.9---2002.9，項目批準號：3992004，骨干。

　　主要發(fā)表論文
　　（1）Dynamical Analysis of Gravity-driven Thin Film over Substrates with   Topography, the 13th International Coating Science and Technology Symposium, September 10-13, 2006, Denver, Colorado
　　（2國內(nèi)高溫空氣燃燒技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，北京工業(yè)大學學報，2006，Vol. 32， No.7，614-621.
　　（3）Dynamic Analysis of the Process of Direction-Change in Restores Regenerative Burner，2006 International Symposium on Safety Science and Technology, Science Press.
　　（4）Dynamical Analysis on Gravity-driven thin film over a Wavy plate, 2005 International Symposium on Safety Science and Technology, 1252-1257，Science Press.
　　（5）Influence of Radiation on the Temperature in HTAC, 2005 International Symposium on Safety Science and Technology, 2276-2282.
　　（6）Numerical Analysis of HTAC System with Different Gas Inlet Direction, 2004 International Symposium on Safety Science and Technology, Shanghai,  “Progress in Safety Science and Technology”,2004,10, Shanghai.
　　（7）氧氣濃度和預(yù)熱溫度對逆向式高溫空氣燃燒系統(tǒng)影響的數(shù)值研究，北京工業(yè)大學學報,第30卷，145頁，2004
　　（8）Numerical analysis of transient temperature field in switch phase of high temperature restores regenerative burner, Annual Symposium on Beijing Mechanics Academy, 2003.
　　（9）逆向式高溫空氣燃燒過程的數(shù)值模擬，工業(yè)爐，2002，24（2），1-4
　　（10）Safety analysis of non-isothermal three-variable auto-catalytic chemical kinetic model, International Symposium on Safety Science and Technology (ISSST), 2002
　　（11）C6H12N4+Mg+KClO4+SrSO4系統(tǒng)的振蕩控制和安全分析，安全與環(huán)境學報，Vol.2，No.1，7-10，2002
　　（12）Global dynamics of a parametrically and externally excited thin plate, Nonlinear Dynamics, 24 (3): 245-268, 2001
　　（13）線性熱反饋控制的兩變量放熱化學模型的非線性分析，北京工業(yè)大學學報，Vol.27，No.4，406-411，2001
　　（14）幾種工業(yè)薄殼結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計，北京工業(yè)大學學報，Vol.27，No.4，383-389，2001
　　（15）凸肩接觸面光滑滑動時葉盤系統(tǒng)動力學特性分析，北京工業(yè)大學學報，Vol.27，No.4，451-455，2001
　　（16）單晶硅化學氣相沉積反應(yīng)器流場初探，北京工業(yè)大學學報，Vol.27，No.4，483-485，2001
　　（17）Finite element numerical simulation and optimization design of pot container, MSC 2000, Oct. 2000, Beijing.
　　（18）Global dynamics of a parametrically and externally excited thin plate, Mechanics 2000, Aug. 2000, Beijing.
　　（19）具有平方和立方自催化反應(yīng)機制化學模型的非線性動力學分析，兵工安全技術(shù)，No.103，2000年第5期，15-20，2000
　　（20）反應(yīng)NH4ClO4+Mg+K2Cr2O7的非線性化學動力學（I）—固相振蕩燃燒的實驗現(xiàn)象，化學學報，1999，Vol. 57（3）。
　　（21）反應(yīng)NH4ClO4+Mg+K2Cr2O7的非線性化學動力學（II）—固相振蕩燃燒的化學模型，化學學報，1999，Vol.57（4）。
　　（22） 具有平方衰減項的平方自催化開放系統(tǒng)中的化學波研究，高等學校化學學報，1999，Vol. 20　（5），754。
　　（23）CSTR中三變量連續(xù)放熱化學反應(yīng)模型的非線性分析，北京工業(yè)大學學報，1999，Vol. 3。
　　（24）固相振蕩燃燒模型的非線性化學動力學分析，非線性動力學學報，1999， Vol. 1。
　　（25）Experimental study on oscillatory solid phase combustion, “Theory and Practice of Energetic Materials ”, Beijing Institute of Technology Press, Beijing, 1996, 341. （轉(zhuǎn)載自顯微鏡圖像網(wǎng)）