摘要：为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。

摘要：本文针对当前对基于介电润湿液滴精准操控的迫切要求,设计了一种液滴驱动检测反馈系统。首先检测装置获取液滴位置数据并传送给控制装置,然后控制装置对数据进行处理并反馈给驱动装置,最后驱动装置将液滴输运至目标位置,实现闭环结构。通过对液滴输运的异常情况检测进行实验,验证了驱动检测反馈系统可实现液滴的精准操控。

摘要：设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜,分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型,仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况,获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围;采用ZEMAX软件,借助点扩散函数变化,分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明:该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正,相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853λ下降到校正后0.18λ,均方根值(RMS)由校正前5.6638λ减小到校正后0.0355λ,斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。

摘要：基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进。结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数字微流控芯片,并加工出介电层分别为SiO2及SiO2-Si3N4-SiO2两种结构的芯片。实验结果表明,在接触角饱和阶段,所改进的Young-Lippmann方程能在一定程度上反映微液滴接触角的变化趋势。此外,SiO2-Si3N4-SiO2复合介电层结构中的微液滴操控电压低于SiO2单一介电层中微液滴操控电压。

摘要：借鉴玻璃透镜的研究方法,提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标,用于描述其变焦稳定性,并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先,通过初步实验研究与分析,得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度;其次,以重复变焦精度和变焦范围作为评价指标,发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性,存在先升后降的现象。在此基础上,运用极差分析与综合平衡法,得到各因素的不同影响程度及最优参数组合,采用正交实验法优化设计参数。最后,实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,优化后的液体透镜,在150 V电压处,重复变焦精度为0.2 m^(−1);在0~230 V电压范围内,变焦范围为−15.2~5.85 m^(−1)。结果表明本文所提出的方法基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。

摘要：为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电容值差异获得液滴位置,借助分时工作方式通过电极复用实现驱动与检测的结合,既可有效保证液滴的准确控制,又可大大减少引线密度,降低芯片加工难度。实验结果表明电极上有无液滴时电容值差异明显,差值最大可达1 400 fF,且可靠性良好,电容值误差范围保持在2%以内,经可见光图像验证,液滴位置检测准确率可达100%。根据检测到的液滴位置,利用搭建完成的数字微流控系统为液滴规划路径,完成了高锰酸钾与维生素C溶液的褪色反应,证明本系统可实时完成液滴的可控驱动与准确检测。

摘要：为了校正由活塞、倾斜和离焦而引起的波前误差,设计一种基于介电润湿效应的三液体透镜阵列。根据介电润湿的理论,构建介电润湿三液体透镜阵列模型,仿真模拟液体界面的面型随着电压的变化过程,并分析三液体透镜阵列对活塞误差、离焦误差和倾斜误差的波前补偿能力。仿真结果表明,三液体透镜阵列可以实现对不同类型波前误差的校正和补偿,峰谷值由补偿前的1.838λ减小到补偿后的0.285λ,方均根值由补偿前的0.424λ减小到补偿后的0.053λ,斯特列尔比由补偿前的0.161提高到补偿后的0.917。相关研究结果表明,三液体透镜阵列在无机械波前校正的领域中有着广阔的应用前景。

摘要：基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片。为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构。30V直流电压作用下,成功实现了对0.5μL去离子水微液滴的连续输运操控;且在100V以内电压作用时,均未出现介电层击穿。实验结果表明所研制数字微流控芯片可行。

摘要：基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控系统(DMF)能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作。为了降低EWOD器件异质液滴之间的交叉污染,减少化学合成和生化检验在EWOD器件中的完成时间,保证器件的可靠性,通过MATLAB平台对DMF系统环境进行空间建模,在基本A^(*)算法的基础上,将拐点作为估计函数值的影响因子,融入液滴碰撞策略,提出了针对EWOD器件流体特征的改进A^(*)算法。通过对化学合成实验的仿真模拟,该算法表现出了较好的液滴寻址优化特性。对比基本A^(*)算法,在相同路径长度下(64个驱动电极),该算法能够有效减少冗余的拐点(减少10个)和液滴到达目标电极时间(减少约23 s)。此外,改进的算法在复杂条件下(存在未知和已知故障)的多液滴合成实验也表现出较好的适应性(只需要24个时间戳即实现合成)。实验结果证明提出的液滴寻址算法对EWOD器件中多液滴的路径规划和调度优化具有较好的应用性和可靠性,可有效减少液滴应用在EWOD器件中的完成时间。

摘要：基于数字微流控(digital Microfluidics,DMF)的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)微芯片系统设计,主要在于对样品液滴的运动进行控制和对进行PCR所需要的温度控制。设计了一种基于介电润湿(electrowetting-on-dielectric,EWOD)原理的数字微流控PCR微芯片,并实现了对芯片不同区域的温度控制以满足PCR所需的要求。基于数字微流控技术的PCR微芯片系统由一个双基板结构的数字微流控芯片,芯片的驱动电路以及温度控制组件构成。实现驱动样品液滴在该装置上运动至不同温度的反应区域,在不同的反应区域满足的PCR反应所需的变性,退火和延伸各阶段所需的温度,继而实现PCR扩增。