開發(fā)具有理想功能和性能的高效微納流控芯片是世界各國研究人員的夢想。然而,功能性微流體器件的發(fā)展需要對所涉及的流體動力學有深入的了解。當流體的尺寸減小到納米尺度時,許多新的流動現(xiàn)象已經(jīng)被觀察到,并沒有得到解決。為了揭示微/納米流體力學中的難題,發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象,對微/納米流體學的流動動力學進行全面的理解,需要適當?shù)牧魉僭\斷技術(shù)。本文以Coumarin 102為熒光染料基于共聚焦顯微系統(tǒng),研究了Coumarin 102熒光激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、光漂白時間常數(shù)等因素對LIFPA測量的影響。我們發(fā)現(xiàn),在無光漂白的激發(fā)光譜測量中,激發(fā)光譜的峰值位置隨著染料濃度的增大向長波方向移動,即“紅移”;在有光漂白的情況下,Coumarin 102溶液的發(fā)射光譜向短波方向移動,即“藍移”,并且藍移程度隨著染料濃度增大,我們嘗試用光化學反應(yīng)解釋漂白現(xiàn)象的機理。同時,在發(fā)射光譜的不同波段也觀察到不同的光漂白時間常數(shù),這是除了熒光染料濃度,激光功率等影響因素外新發(fā)現(xiàn)的能對光漂白時間常數(shù)產(chǎn)生影響的參數(shù)。并且測量的所有的光漂白時間常數(shù)都在3μs以下,幾乎比之前研究發(fā)現(xiàn)的光漂白時間常數(shù)的要小一個數(shù)量級。在所有光譜帶中,研究給出470-492nm的光譜帶能提供較高的熒光強度和更好的速度測量精度,適合用于對于研究具有較小速度波動和相對較低頻率的流動,430和460nm波段則可以提供更高的時間分辨率,適用于研究研究高頻快速瞬變過程。最后,通過對LIFPA裝置的改進,將傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡的熒光信號接收光路中的單根光纖或者小孔替換成光纖叢,從而在端面進行空間濾波的同時,對熒光光斑的強度分布進行同時測量,進一步根據(jù)熒光強度沿流動方向減小的分布規(guī)律,實現(xiàn)對垂直于光軸的平面上的流動大小和方向的同時測量,亦即實現(xiàn)二維流動速度矢量的測量。
【學位單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O657.3;TQ617.3
【部分圖文】：

西北大學碩士學位論文4）表示一個給定的系統(tǒng)（包括給定的染料、緩沖液和激光光束特性）中， 隨 增而增加。如果熒光強度 已知，使用方程（4）就可以計算出流動速度 。激光束寬越小，模型就更精確。實際上，光漂白時間常數(shù) 作為一個系統(tǒng)參數(shù)，依賴于探測的激光強度、激光束寬度、特定染料和緩沖液、染料濃度和緩沖液濃度。因為這些數(shù)和光漂白時間常數(shù) 從理論上很難建立關(guān)系，光漂白時間常數(shù) 需要通過實驗確定。如，使用幾個已知的流速 值及其對應(yīng)的 值，我們可以通過方程（4）計算確定光白時間常數(shù) 的值。另一個方法是直接校準 和 之間的關(guān)系，校準曲線可以使用多式擬合，通過校準關(guān)系，任何 都可以通過測量 來計算，這是我們實驗中通常使校準曲線的方法。LIFPA 的測量原理示意圖如圖 1 所示。

西北大學碩士學位論文光斑，采用空間濾光器（SLF）（SFB-16DM，OptoSigma）和并在 AQS 后對光束進行擴展。最后用透鏡收集光束，從而得徑為 4 mm 的擴展光束對準物鏡并填充其光圈。二向色鏡反射波長為 420-520 nm 的光束。共聚焦顯微鏡采用 OlympunApo100XNA1.4oilimmersion）。熒光染料發(fā)出的熒光由物濾波片，然后經(jīng)過透鏡聚焦到多模光纖中(25μmdiameter,400光子計數(shù)器（ -SPAD，PicoQuant）收集熒光信號。共聚焦顯約為 200nm。為了精確控制檢測位置，采用了 1 nm 定位分辨性平移臺（NC，P-562.3CD，PIMARS），對于較大的移動距位分辨率的 2 軸平移臺（TS、M-521.DG、PI）。

3. （a）LIFPA 中使用的共聚焦顯微鏡掃描的神經(jīng)纖維圖像。（b）用（a）中的藍線標記的上的圖像輪廓。由于沒有采用光纖而采用的鏡片組搭建的光路，因為振動和溫度等的影響，激束在每次實驗前都要進行校準調(diào)試，通過調(diào)整透鏡的俯仰來調(diào)整光斑的上下左右置，近處以小孔為準，小孔從完全打開到關(guān)閉的過程中，應(yīng)該與圓形光斑的各個向均勻相切至消失，遠處以標定的標靶為準，將光斑位置調(diào)整至標靶中心，以確激光束平行出射，還要調(diào)整單光子計數(shù)器前光纖入口處的光斑位置，使得接收器收到最大的熒光信號，通過機械平臺在 x,y,z 三個方向上調(diào)整使得光纖進口處光斑全進入。4.2 信號采集系統(tǒng)由于光路的搭建是以 STED 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，紫光是激發(fā)光，綠光消激發(fā)光，這里測時序圖是以兩個聲光開關(guān)控制的兩束光的時序進行說明，熒光信號的檢測是通過同兩束激光的 AQS 和光子計數(shù)器的捕獲來控制的，測量的時間順序如圖 4 所示。在

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本文編號：2834798