1 长春理工大学 机电工程学院，吉林长春30022
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所 中国科学院生物医学检验技术重点实验室，江苏苏州21516
4 苏州大学 电子信息学院，江苏苏州215006
针对高精度柔性扫描平台以现有速度曲线模型运动时运算量、残余振动大以及稳态时间长等问题，基于时间最优原则建立了最优阶多项式速度曲线，降低高精度柔性扫描平台运动时的残余振动与稳态时间。建立高精度柔性扫描平台简化模型，以速度、加速度、加加速度及其一阶导数等限制条件为边界，对不同阶数多项式速度曲线进行残余振动仿真分析，由仿真结果确定多项式速度曲线最优阶，随后构建最优阶多项式速度曲线方程并以高精度柔性扫描平台为对象进行残余振动实验。最优阶多项式速度曲线与传统梯形速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了67.91%，稳态时间缩短了49.92%；与常规三阶多项式速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了42.94%，稳态时间缩短了32.50%，具有较好性能。本文提出的最优阶多项式速度曲线模型克服了现有速度曲线在高精度柔性扫描平台应用中运算量与残余振动较大，稳态时间较长的问题，实验结果表明该速度曲线模型有效降低了残余振动，缩短了稳态时间，提高了运行效率，进而提高了高精度柔性扫描平台的性能。
速度曲线 残余振动 稳态时间 柔性扫描平台 S曲线 motion profile residual vibration settling time flexible scanning platform S-curve 光学 精密工程
2021, 29(10): 2400
1 中国科学技术大学，安徽合肥230026
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所 国科学院生物医学检验技术重点实验室，江苏苏州15163
3 苏州大学 电子信息学院，江苏苏州215006
4 复旦大学 儿科医院，上海201102
5 季华实验室，广东佛山28200
传统的数字PCR检测仅针对扩增终点的核酸样本执行终点式的荧光分析，依据反应后的荧光图像进行阴阳性统计及样本浓度计算，分析结果极易受假阳性及非特异性扩增影响。本文提出了一种基于过程的实时微孔式数字PCR芯片阴阳性分析方法，从时间维度对数字PCR结果进行定量分析，提高数字PCR检测的准确性。设计支持实时数字PCR分析的硬件系统并与终点式数字PCR仪进行对比，验证系统性能。在此系统上检测不同浓度的人类Ⅳ型疱疹病毒样本，获取实时扩增曲线，采用支持向量机算法对扩增曲线的特征进行学习并应用于检测曲线分类。实验结果表明，所设计的实时数字PCR系统与终点式数字PCR仪扩增结果具有高度一致性。本文所述的基于支持向量机的分类算法对扩增曲线的分类准确率达到98%以上，能准确识别假阳性及非特异性扩增微孔。相比于传统阈值分割法，本方法对阳性点识别的平均准确率提高了17.60%，并且目标模板拷贝数越低，效果越明显。与传统的终点式数字PCR相比，本文提出的基于实时数字PCR系统的数据分析方法具有准确性更高的优势，尤其在低拷贝数检测下可以获取更为精确的定量结果。
实时数字PCR 阴阳性分类 支持向量机 定量准确性 real-time digital pcr negative and positive classification support vector machine quantitative accuracy
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,中国科学院生物医学检验技术重点实验室, 江苏 苏州 215163
3 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
4 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200444
5 苏州大学 电子信息学院, 江苏 苏州 215006
为了快速获取微孔式数字PCR芯片清晰的荧光图像, 解决传统方法针对微尺度阵列单元自动对焦存在的计算量大, 耗时长等问题, 建立了基于像素个数随离焦距离变化特征模型的自动对焦方法。依次取3个彼此间隔相同距离的微孔式数字PCR芯片的荧光图像, 通过自适应窗口选取与阈值计算, 统计窗口区域内大于阈值的像素个数, 代入特征函数计算离焦距离, 并通过统计出的3个位置的像素个数值判断离焦方向, 继而进行对焦。该方法仅需统计13×13个像素大小的对焦窗口中灰度大于阈值的像素个数, 且完成对焦仅需4步, 对焦结果完全满足后续计算的清晰度要求, 与传统爬山方法相比, 对焦步骤数平均减少了51.89%, 实现了微孔式数字PCR芯片的准确快速对焦。本文提出的自动对焦方法克服了现有算法计算量大、对焦步骤繁琐的缺点, 预测准确、速度快, 最大程度上减少样本曝光时间, 进而减少荧光的淬灭, 为后续计算提供更为原始且精确的图像。
自动对焦 自适应阈值 特征函数 微孔式数字PCR芯片 荧光成像 autofocus adaptive threshold the characteristic function microarray digital PCR chip fluorescence imaging
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所中国科学院生物医学检验技术重点实验室, 江苏 苏州 215163
3 苏州大学 电子信息学院, 江苏 苏州 215006
4 苏州科技城医院 检验科, 江苏 苏州 215153
针对目前凝血检测仪器存在的成本昂贵操作复杂等问题, 制作了一种基于丝网印刷技术的多壁碳纳米管(MWCNTs)增强型电化学传感器用于凝血酶原时间(PT)测量。利用凝血酶切割凝血酶底物实验验证了计时电流法检测凝血酶原时间原理的可行性。接着对血浆凝血酶原时间参数进行测量, 并用SYSMEX CS 5100光学凝血仪验证测量结果。经过测试, 凝血酶验证性实验中MWCNT型电化学传感器的电流响应强度较普通电化学传感器增加了(36±1)%, 重复实验出峰时间和峰值电流变异系数分别为2.99%和3.27%。测试不同血样PT值, 能够清晰的显示出区分度, 且挑选三组血样进行PT重复实验, 出峰时间变异系数分别为2.26%、3.22%和2.96%, 实验结果与医院的临床结果线性拟合决定系数R2为0.986。MWCNTs增强型型电化学传感器用于PT测试具有良好的重复性和一致性, 易于批量生产, 大大降低了凝血测量的成本, 且适合多种场合的测量, 在即时检测领域具有极大潜力。
多壁碳纳米管 电化学传感器 计时电流法 凝血功能检测 凝血酶原时间 Multi-Walled Carbon Nanotubes(MWCNTs) electrochemical sensor chronoamperometry blood coagulation detection Prothrombin Time(PT)
1 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200444
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
3 苏州大学 电子信息学院, 江苏 苏州 215006
房颤、血栓等患者抗凝药物日常口服等场景迫切需要凝血参数快速检测, 本文设计和制作了一种Parylene-C增强型石英晶体微天平(QCM)传感器及其耗散因子检测系统用于凝血测量。首先使用Parylene-C有效增加石英晶体微天平传感器的峰峰值和有效使用次数, 基于传感器耗散因子对血液凝固过程血液粘弹性变化敏感, 设计电导谱分析法的压电传感器耗散因子快速测量系统, 对血浆部分凝血活酶时间(aPTT)进行测量。并用SYSMEX CS 5100光学凝血仪、Lambda 950分光光度计验证系统测量结果。实验表明, Parylene-C增强型QCM传感器信号峰峰值增加8±1%, 传感器aPTT实验有效重复使用次数为30次, 系统30 ℃温差最大耗散偏移2.09×10-6。aPTT耗散曲线与光学法(lambda 950)吸光度曲线变化趋势一致。与SYSMEX CS 5100临床结果线性拟合决定系数R2为0.99。同样本10次重复实验结果变异系数为1.48%。Parylene-C增强型QCM传感器与耗散分析法的联合应用具备多场景下凝血参数快速检测的能力, 系统温度稳定性好, 具有满足即时检测应用的潜力。
石英晶体微天平 耗散因子 凝血功能检测 部分凝血活酶时间(aPTT) Parylene-C Parylene-C Quartz Crystal Microbalance (QCM) dissipation factor blood coagulation detection activated partial thromboplastin time (aPTT)
1 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院， 北京 100049
3 西北工业大学 材料科学与工程学院， 陕西 西安 710072
针对声表面波(SAW)传感器对品质因数、寿命和成本的要求，研制了Parylene增强型SAW传感器。根据金属剥离工艺要求，利用LOR剥离胶和AZ5214光刻胶双层胶旋涂工艺制作了梯形结构；在传统光学光刻条件下制作了2 μm的超细叉指电极。传感器制作过程利用了MEMS工艺，不仅实现了传感器的微型化，还可以批量化生产，得到的以石英为基底的传感器谐振频率达到249.077 953 MHz。最后在传感器的表面镀制Parylene聚合物薄膜以提高基底温度灵敏度。实验对比了未增强型（未镀Parylene）和增强型SAW传感器 (镀Parylene)的温度灵敏度。结果显示：未增强型SAW传感器温度灵敏度为2.048 kHz/℃，Parylene增强型SAW传感器温度灵敏度为2.855 kHz/℃，比前者提高了0.807 kHz/℃，且镀Parylene之后谐振频率变化量与温度具有较好的线性度，线性相关系数达到0.996 15。实验证明，Parlene增强型SAW传感器的性能优于未增强的SAW传感器。
声表面波(SAW)传感器 倒梯形结构 金属剥离 Parylene增强 温度 Surface Acoustic Wave(SAW) sensor trapezoidal structure metal stripping parylene enhancement temperature 光学 精密工程
2017, 25(12): 3048
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200000
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数, 利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703, A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系, 频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s, 传感器稳定性噪声小于02 Hz, 流速最低检测极限值(LOD)为2.2 μm/s, 流量最低检测极限值(LOD)为18.3 nL/min。结果表明, 双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。
薄膜谐振型Lamb波传感器 消逝波 反对称模式 流速矢量测量 thin film Lamb wave resonator evanescent waves antisymmetric mode liquid flow velocity measurement
1 山东科技大学 a.电气与自动化工程学院
2 c. 矿山安全检测技术与自动化装备国家地方联合工程研究中心，山东 青岛266590
3 山东科技大学 b.电子通信与物理学院
光纤光栅位移传感器具有精度高、本质安全、体积小和易复用等特点，但受到敏感材料的局限，大量程光纤光栅位移传感器很难获得。针对该问题，提出并实现了一种大量程的光纤光栅位移传感器，其采用行星轮系与粘贴光纤光栅悬臂梁相结合的结构，通过变换减速比来获得各种大量程；利用有限元分析法对传感器悬臂梁材料和结构进行了优化设计，研究了不同量程时该类传感器的输出特性。结果显示，该传感器输出信号的波长漂移量与位移量有着很好的线性关系，最大量程可达2 000 mm。
位移传感器 光纤布拉格光栅 有限元分析 大量程 displacement sensor fiber Bragg grating finite-element analysis large range
1 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 南洋理工大学 仿生传感器科学中心, 新加坡 637553
5 浙江大学 光电信息工程学系, 浙江 杭州 310027
开发了一种多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振(SPR)传感器,用于快速检测水中微囊藻毒素LR.研究了利用该传感器检测微囊藻毒素LR的方法.首先,通过原位聚合法在SPR传感芯片的裸金表面合成了微囊藻毒素LR的多孔分子印迹膜,制备出可以特异性捕获微囊藻毒素LR的SPR传感芯片.然后,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型表面等离子体共振传感器.最后,通过检测不同浓度的微囊藻毒素LR溶液以及干扰物质微囊藻毒素RR溶液,研究了该传感器的测量范围、特异性等参数.结果表明,该传感器对于微囊藻毒素LR的检测灵敏度很高,可实现微囊藻毒素LR的定量检测,动态测量达2.1×10-9~1×10-6 mol/L.另外,传感器对于干扰物质微囊藻毒素RR无明显信号响应,表明传感器对于微囊藻毒素LR具有很好的特异性检测能力.
表面等离子体共振传感器 分子印迹膜 微囊藻毒素LR 水污染检测 surface plasmon resonance sensor molecularly imprinted polymer microcystin-LR water pollution detection
上海汽车集团股份有限公司 乘用车分公司,上海201306
为了研究如何根据现代化生产需要,选择合适的高精度测量设备,现用ADCOLE测量仪、圆度仪和三坐标测量机,就曲轴的圆度进行测量,并进行误差来源分析、不确定度计算及比对。比较在测量某一尺寸时,设备间的差异性及原因。探讨如何兼顾技术性与经济性,进行设备的选择。
高精度测量 不确定度 比对 归一化偏差 high precision measurement uncertainty alignment normalized deviation
