[發明專利]基于智能手機的壓電基片上數字微流體運動軌跡分析方法

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• 申請號: 202111676058.4
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114519726A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 章安良
• 申請（專利權）人: 武夷學院
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/73;G06T7/90
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種基于智能手機的壓電基片上數字微流體運動軌跡分析方法，其構建壓電基片上數字微流體運動軌跡分析裝置；在該裝置中的智能手機采集的視頻的基礎上進行處理，先根據矩形區域中的每個像素點的顏色均值，獲取對應的對象集合，然后在對象集合的基礎上進行連續相鄰性判斷來識別數字微流體，再獲取數字微流體的中心坐標位置，利用多個時刻的數字微流體的中心坐標位置可確定數字微流體的運動軌跡；優點是其采用智能手機采集視頻，利用視頻中的圖像中的像素信息進行數字微流體運動軌跡分析，避免了使用外接放大電路構成的延遲線振蕩器和用于觀察信號波形的示波器等設備或電路，減少了分析成本，且便于攜帶。

技術領域

本發明涉及一種基片上數字微流體操作技術，尤其是涉及一種基于智能手機的壓電基片上數字微流體運動軌跡分析方法。

背景技術

微流芯片分析信號的智慧分析可以擺脫微流分析對昂貴分析儀器的依賴，能夠消除人為因素對分析結果的影響，使得微流芯片實實在在地走進千家萬戶成為現實。

基片上數字微流體操作是微流分析的前提，尤其是數字微流體在基片上運動軌跡的各時刻位置的確定是微流分析的基礎條件，它已經成為微流分析的重要研究領域之一。數字微流體在基片上運動軌跡的各時刻位置的確定的可靠性和精確性直接決定了微流分析是否能成功完成，它直接決定了樣品和試劑能否完成混合及反應。數字微流體在基片上運動軌跡的各時刻位置的確定由數字微流體檢測定位方法來實現，典型的數字微流體檢測定位方法主要是通過電潤濕器件的上、下電極電容變化量來確定數字微流體的位置。該方法需要外加檢測電路，并且隨著單元數的增加，大大提高了外加的檢測電路的復雜度，增加了分析成本。

壓電基片上微流分析是微流分析的重要組成部分，它是以壓電材料為基片，其上實現微流分析系統構建，并完成微流分析。同樣地，為實現壓電基片上微流分析，需要確定壓電基片上數字微流體的各時刻運動位置，分析其運動軌跡，是壓電基片上微流分析的基本條件。為確定壓電基片上數字微流體的各時刻運動位置，常用的方法是采用壓電基片上的叉指換能器對與外接放大電路構成延遲線振蕩器，當數字微流體到達叉指換能器對延遲線時，振蕩頻率會發生變化，從而能夠確定數字微流體的位置，掌握其運動軌跡。該方法需要較多的叉指換能器陣列和外加復雜的電路，增加了分析成本，有待改進。同時，數字微流體位置檢測與微流芯片分析信號獲取裝置相互獨立，增加了微流分析系統的復雜性，有改進空間。

智能手機廣泛普及，它集成了光學傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、圖像采集等硬件，為微流芯片分析信號獲取和數字微流體運動軌跡獲取提供了物質基礎，并能在極短時間內進行遠距離動態分享分析結果，便于及時掌握分析數據。利用智能手機來實現微流芯片分析信號獲取和數字微流體運動軌跡獲取，能極大地降低分析成本，減小微流分析系統體積。所以，將智能手機與微流生化分析系統相結合，可實現毒品現場快速檢測、食品農藥殘留分析、偽劣食品即時鑒定、農漁業等領域的有害物等現場快速實時檢測，具有廣闊的應用前景。

基片上數字微流體運動軌跡的分析是微流分析的基礎操作，為此，國內外專家進行了不懈努力，并發明了多種檢測基片上數字微流體位置的方法，進而實現數字微流體運動軌跡的研究。鑒于聲表面波具有強大的微流操作能力，可以實現數字微流體輸運、混合、分裂等微流操作的同時，可以實現數字微流體在壓電基片上兩維位置的確定，并實現數字微流體運動軌跡分析。如期刊《傳感器與執行器B,Sensors and Actuators B:Chemical》2009年第138卷第1期374-382頁公開了《聲表面波驅動微液滴的生物應用，MonitoringSAW-actuated microdroplets in view of biological applications》，它在一個叉指換能器上施加電信號，在另一個叉指換能器上采用示波器觀察回波信號，根據回波信號的幅度和時間確定數字微流體在壓電基片上的位置。該方法可以大致確定數字微流體垂直叉指換能器對延遲線的一維方向的位置，若要實現兩維平面內位置確定，則需要增加垂直方向的叉指換能器對。此外，該方法需要外加示波器，不便攜帶，同時對數字微流體位置的檢測精度有較大提升空間，有待改進。

發明內容