微流控技術(shù)中的顯微成像和高速相機
微流控芯片相當于在幾平方厘米的微小芯片上構建的化學(xué)或生物學(xué)實(shí)驗室，可完成化學(xué)和生物領(lǐng)域包括樣品制備、反應、分離、檢驗等基本操作流程，具備液體流動(dòng)可控、消耗試樣、分析速度高等特點(diǎn)，目前廣泛應用于CTC活檢、藥物篩選、單細胞分析、微球制備、基因測序、PCR反應、器官芯片等領(lǐng)域。（1）流體驅動(dòng)系統，根據精度和穩定性要求，可分為壓力泵、注射泵或蠕動(dòng)泵。（2）過(guò)程檢測及控制系統，由流量傳感器和各種閥門(mén)組成，可實(shí)現流量的反饋控制，結合閥門(mén)控制，還可以實(shí)現順序噴射、循環(huán)噴射和流體的體積定量。（3）微流控芯片及觀(guān)測系統，根據研究應用不同選擇相應的微流控芯片，再根據芯片選擇驅動(dòng)源、閥門(mén)、顯微鏡和相機等組件。（4）檢測分析系統，在細胞成像、細胞培養等大多數應用中，需要觀(guān)察、記錄和分析微流控芯片上的反應，有必要使用高速相機等高精度設備來(lái)檢測、收集和分析實(shí)驗現象。因為該技術(shù)大部分具有微觀(guān)及高流速特點(diǎn)，使用顯微相機捕獲其快速運動(dòng)的顯微圖像并進(jìn)行有效分析，是實(shí)驗操作成功的關(guān)鍵，以下是顯微鏡相機的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數：（1）傳感器芯片：主要分為CMOS與CCD，區別在于信號讀出過(guò)程的不同，CMOS在功耗、成本和發(fā)展潛力方面更有優(yōu)勢，背照式CMOS在可見(jiàn)光領(lǐng)域已經(jīng)成為市面主流的相機芯片，CCD只有特殊的制冷型CCD還能在近紅外領(lǐng)域有一席之地，目前也有被背照式sCMOS取代的趨勢。（2）芯片尺寸：指圖像傳感器的成像靶面尺寸，在同樣成像像場(chǎng)下，靶面越大，視野越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越高。顯微成像常見(jiàn)的芯片尺寸有4/3英寸，1英寸，2/3英寸，1/2英寸等。（3）像元尺寸：指每個(gè)像素對應的傳感面尺寸，像元尺寸越大，單個(gè)像素能夠接收到的光子數量越多，感光性能越好。對于熒光成像等弱光成像而言，大像元尺寸意味著(zhù)更高的靈敏度，能以更快的速度成像，讓捕捉高速畫(huà)面成為可能。（4）分辨率：一般表示為橫向像素*縱向像素（像素=像元數），高分辨率通常意味著(zhù)成像更清晰、細節更豐富，但像元尺寸需要妥協(xié)，不擴大傳感前提下，高分辨率和高靈敏度是難以兼得的。（5）分辨率@幀率：在特定分辨率下相機一秒鐘成像的次數，幀率越高，畫(huà)面越流暢，越能辨認動(dòng)態(tài)細節。但分辨率和幀率越高，要處理和傳輸的數據量越大，受制于處理能力和帶寬限制，高分辨率和高幀率無(wú)法兼顧。尤其在高速攝像時(shí)，為了提升幀率，要降低分辨率，類(lèi)似于汽車(chē)上不同檔位對應的扭力與轉速之間的關(guān)系，可根據實(shí)際應用改變分辨率達到不同的拍攝幀率。（6）快門(mén)速度：指從快門(mén)打開(kāi)到關(guān)閉的時(shí)間間隔，在這一段時(shí)間內，物象可以在傳感上留下影像。通常在拍攝高速移動(dòng)物體時(shí)，需高速快門(mén)（短曝光時(shí)間）以減少運動(dòng)偽影，對于弱光條件或慢速靜態(tài)的拍攝，就需要更慢速快門(mén)（長(cháng)時(shí)間的曝光）以獲取足夠的照明。大部分微流控芯片中的反應過(guò)程具有微量、樣本微小、流速快等特點(diǎn)，為獲得連續清晰的圖像并進(jìn)行有效分析，需使用高速顯微相機成像記錄。在微流控技術(shù)高速成像的過(guò)程中，面臨著(zhù)很多挑戰，典型的有以下幾種：（1）高速移動(dòng)對幀率和靈敏度提出高要求：在高速運動(dòng)的微流控應用中，如液滴分選等應用，正常每秒可生成十幾個(gè)到上百個(gè)，甚至達上千個(gè)。普通相機幀率可能就30fps不到，看到的是液珠運動(dòng)形成的線(xiàn)，看不到單個(gè)液滴。明美高速顯微相機MS16-H在全分辨率下即可達到660fps，滿(mǎn)足一般的高速成像需求，還可通過(guò)調整分辨率達到更高幀率滿(mǎn)足更高要求。同時(shí)這款相機的像元尺寸達到了9μm，具有較高的靈敏度和信噪比，在不配置特殊照明系統前提下更容易達到理想的成像效果。道路上的汽車(chē)就像微流控里的液滴，幀率太低只見(jiàn)燈光拖影不見(jiàn)燈（2）海量圖像數據的傳輸：在拍攝高速微流控應用時(shí)，高速相機在短時(shí)間內會(huì )產(chǎn)生大量圖像數據，如明美高速相機MS16-H在160萬(wàn)全分辨率、660幀率條件下拍攝，每秒產(chǎn)生的原始圖像數據可達1.5GB，遠遠超出了USB3.0接口5Gbps（640MB/s）的理論帶寬上限，MS16-H采用萬(wàn)兆網(wǎng)卡接口傳輸數據，理論帶寬可達10Gbps，并且加入256MB大緩存和壓縮算法，可滿(mǎn)足高速拍攝時(shí)的數據傳輸要求。（3）海量圖像數據的分析處理：高速相機可每秒拍攝幾百到上千幀的圖像，會(huì )對電腦硬盤(pán)性能和處理性能帶來(lái)大的壓力。明美高速相機MS16-H配套專(zhuān)業(yè)的圖像分析系統，通過(guò)將內存作為處理緩存，緩解硬盤(pán)讀寫(xiě)性能瓶頸，并通過(guò)算法處理，可以慢速播放并提取有效關(guān)鍵圖像信息。（4）高幀率和高分辨率難兼顧：高速相機需要較大的像元尺寸來(lái)保障靈敏度，否則無(wú)法實(shí)現有效的高幀率成像，而傳統顯微鏡中使用的相機分辨率可高達2000萬(wàn)像素，為靜態(tài)和緩慢移動(dòng)的成像提供了優(yōu)于高速相機的空間分辨率。明美雙分光接口，可以將兩個(gè)顯微鏡相機接入到系統，同時(shí)滿(mǎn)足高速成像和高分辨率成像。- 1.1英寸傳感，9*9μm大像元尺寸，高靈敏度，優(yōu)異熒光成像效果
- 170萬(wàn)全分辨率下幀率可達662fps，降低分辨率可提升到上千幀率
- 快門(mén)速度1μs-1153ms，可有效捕獲快速運動(dòng)物體圖像，減少運動(dòng)偽影
- 10Gbps萬(wàn)兆網(wǎng)卡接口，專(zhuān)業(yè)配套軟件，電腦幾乎實(shí)時(shí)預覽高幀率成像
- 256M幀緩存空間，有效保證相機高幀率拍攝與數據傳輸的穩定性
- 2/3-4/3英寸芯片尺寸，像素覆蓋500萬(wàn)-2100萬(wàn)級別，滿(mǎn)足不同觀(guān)測要求
- 3*3μm以上像元尺寸，提供高靈敏度成像效果，可適用于熒光成像
- MSX2/MC50-S幀緩存空間64M，MSX11幀緩存空間達128M
- 均采用USB3.0 5Gbps數據傳輸接口，傳輸速度快，低延遲，穩定性高
- 可根據需要通過(guò)調整分辨率獲取高幀率性能，200萬(wàn)像素情況下分辨率達60fps，滿(mǎn)足常規慢速拍攝
推薦：正置顯微鏡MJ31/ML51-N/MF43-N等- 可選金相顯微鏡配置，長(cháng)工作距離物鏡更適合微流控芯片
- 有明場(chǎng)、熒光、相差、DIC等成像模式，適用于不同微流控應用場(chǎng)景
- 高數值孔徑消色差物鏡/半復消色差物鏡，保障成像清晰
推薦：倒置顯微鏡MI52-N/MF52-N/MF53-N
- 倒置顯微鏡標配長(cháng)工作距離物鏡，更適合觀(guān)察微流控芯片
- 標配明場(chǎng)和相襯觀(guān)察，可選熒光觀(guān)察，滿(mǎn)足大部分場(chǎng)景
- 目鏡成像為正置放大像，操作移動(dòng)更直觀(guān)易懂
- 大工作空間，更方便進(jìn)行復雜的注入和控制操作
明美是一家專(zhuān)注顯微成像產(chǎn)品研發(fā)與銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)，是中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )光學(xué)分會(huì )理事單位，醫療器械顯微鏡生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)廠(chǎng)家。公司一直堅持誠信經(jīng)營(yíng)，用心服務(wù)，提供顯微成像解決方案。為教育、科研、醫藥、工業(yè)檢測等廣大客戶(hù)提供穩定的產(chǎn)品與服務(wù)。始終以客戶(hù)需求為主，以品質(zhì)為根本，以創(chuàng )新為方向，推動(dòng)顯微行業(yè)的數字化、電動(dòng)化、智能化，為顯微領(lǐng)域的國產(chǎn)化進(jìn)程貢獻力量。您若對顯微成像產(chǎn)品有興趣或存在疑惑，明美光電歡迎您咨詢(xún)，期待與您相約！本站無(wú)法鑒別所上傳圖片、字體或文字內容的版權，如無(wú)意中侵犯了哪個(gè)權利人的知識產(chǎn)權，請來(lái)信或來(lái)電告之，本站將立即予以刪除，謝謝。來(lái)源：https://www.mshot.com/article/1655.html
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