功率放大器在機器視覺下液滴操控與熒光分析檢測中的應用

實驗名稱：功率放大器在機器視覺輔助下超疏水表面無接觸液滴操控與熒光分析檢測中的應用

實驗內容：在本研究中，我們開發(fā)了一種機器視覺輔助的聲波鑷子（MVAAT），用于在超疏水表面上實現(xiàn)自動化和無接觸的液滴操控。該系統(tǒng)通過在超聲換能器（UST）和超疏水表面之間產生超聲波駐波，誘導聲輻射力，從而在超疏水表面上實現(xiàn)無接觸的液滴操控。我們采用了基于工業(yè)相機的機器視覺系統(tǒng)，用于實時檢測和追蹤液滴，為自動化液滴運輸和合并提供精確的液滴位置信息。最后，我們將MVAAT應用于基于熒光的Cu2+檢測，展示了其在實際生化分析中的潛力。

測試設備：ATA-1220D功率放大器、信號發(fā)生器、超聲換能器等。

圖1：實驗裝置圖

實驗過程：

圖2：實驗步驟

如圖1所示，我們使用配備10mm直徑超聲換能器的MVAAT進行了所有液滴操作實驗。該超聲換能器的中心頻率為40±1KHz，帶寬為1.2KHz，聲壓為105dB，發(fā)射角為80°±12°。超聲換能器被固定在笛卡爾機器人的Z軸上。它的正下方是超疏水基板。分辨率為2048x.1536像素、幀率為120fps的工業(yè)相機，搭配12mm定焦鏡頭位于透明超疏水基材的正下方，用于實時檢測和跟蹤超疏水基材上的液滴。為了激活UST，使用信號發(fā)生器生成發(fā)射電壓為5V的38kHz正弦波，隨后由功率放大器放大。微處理器控制笛卡爾機器人的動作以及超聲換能器的開關。MVAAT可用于自動操作液滴以檢測Cu2+在水中的濃度，展示了其實際生化應用的潛力。 實驗步驟如圖2所示，將超疏水底物虛擬分為液滴預處理區(qū)、檢測區(qū)和回收區(qū)。在液滴預處理區(qū)域內，MVAAT合并了目標液滴，隨后將其運輸?shù)交跓晒獾腃u的檢測區(qū)域2+檢波。在檢測區(qū)域停留10s后，將液滴運送到回收區(qū)進行處理。

實驗結果：

圖3：實驗演示效果

實際演示效果如如圖3所示，最初，使用MVAAT自動混合RBH和Cu實現(xiàn)兩個液滴（“Liquid0”和“Liquid1”）。隨后，將得到的合并液滴移動到檢測區(qū)通過熒光檢測器進行Cu2+濃度分析。分析完后，合并的液滴被移至回收區(qū)域進行處理。之后再重復此過程，對“Liquid2”和“Liquid3”啟動后續(xù)檢測。

圖4：實驗檢測結果

檢測結果如圖4所示，在檢測區(qū)域沒有液滴的情況下，熒光檢測器的ADC值保持在3。然而，當?shù)谝粋€合并的液滴(10μMCu2+)到達時，ADC增加到130左右，當液滴移動到回收區(qū)域時，ADC又回到了3。隨后第二個合并液滴(1mMCu2+)到達檢測區(qū)域導致ADC進一步增加至約340。整個實驗在大約一分鐘內完成。

功率放大器推薦：ATA-1200C寬帶放大器

圖：ATA-1200C寬帶放大器指標參數(shù)

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