功率放大器在机器视觉下液滴操控与荧光分析检测中的应用

实验名称：功率放大器在机器视觉辅助下超疏水表面无接触液滴操控与荧光分析检测中的应用

实验内容：在本研究中，我们开发了一种机器视觉辅助的声波镊子（MVAAT），用于在超疏水表面上实现自动化和无接触的液滴操控。该系统通过在超声换能器（UST）和超疏水表面之间产生超声波驻波，诱导声辐射力，从而在超疏水表面上实现无接触的液滴操控。我们采用了基于工业相机的机器视觉系统，用于实时检测和追踪液滴，为自动化液滴运输和合并提供精确的液滴位置信息。最后，我们将MVAAT应用于基于荧光的Cu2+检测，展示了其在实际生化分析中的潜力。

测试设备：ATA-1220D功率放大器、信号发生器、超声换能器等。

图1：实验装置图

实验过程：

图2：实验步骤

如图1所示，我们使用配备10mm直径超声换能器的MVAAT进行了所有液滴操作实验。该超声换能器的中心频率为40±1KHz，带宽为1.2KHz，声压为105dB，发射角为80°±12°。超声换能器被固定在笛卡尔机器人的Z轴上。它的正下方是超疏水基板。分辨率为2048x.1536像素、帧率为120fps的工业相机，搭配12mm定焦镜头位于透明超疏水基材的正下方，用于实时检测和跟踪超疏水基材上的液滴。为了激活UST，使用信号发生器生成发射电压为5V的38kHz正弦波，随后由功率放大器放大。微处理器控制笛卡尔机器人的动作以及超声换能器的开关。MVAAT可用于自动操作液滴以检测Cu2+在水中的浓度，展示了其实际生化应用的潜力。 实验步骤如图2所示，将超疏水底物虚拟分为液滴预处理区、检测区和回收区。在液滴预处理区域内，MVAAT合并了目标液滴，随后将其运输到基于荧光的Cu的检测区域2+检波。在检测区域停留10s后，将液滴运送到回收区进行处理。

实验结果：

图3：实验演示效果

实际演示效果如如图3所示，最初，使用MVAAT自动混合RBH和Cu实现两个液滴（“Liquid0”和“Liquid1”）。随后，将得到的合并液滴移动到检测区通过荧光检测器进行Cu2+浓度分析。分析完后，合并的液滴被移至回收区域进行处理。之后再重复此过程，对“Liquid2”和“Liquid3”启动后续检测。

图4：实验检测结果

检测结果如图4所示，在检测区域没有液滴的情况下，荧光检测器的ADC值保持在3。然而，当第一个合并的液滴(10μMCu2+)到达时，ADC增加到130左右，当液滴移动到回收区域时，ADC又回到了3。随后第二个合并液滴(1mMCu2+)到达检测区域导致ADC进一步增加至约340。整个实验在大约一分钟内完成。

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