KEYENCE基恩士-『高速数码显微系统VW9000』应用于研究生物芯片中液滴性能

• 关键词： 基恩士　高速数码显微系统　VW9000　应用　生物芯片　液滴性能

　　北京工业大学机电学院工程力学系的刘赵淼教授的主要研究方向为微流体力学、计算流体力学、流-固耦合分析理论及其工程应用，涉及微重力下液体界面行为特性研究、微流体系统内流动与传热特性的基础理论和数值研究、考虑滑移边界的油膜润滑理论基础研究及应用、燃烧与传热问题的基础理论和数值研究等。
　　目前，刘赵淼实验室以微通道内的流动和混合特性为研究目标。微通道形状不同时，液滴的形成、速度状况也不同，这正是他们关注的重点。
　　刘教授的一位硕士研究生正在使用VW9000研究微通道中液滴的行为特性。之前没有VW9000时，她们使用PIV仪器做这种实验，在PIV里加入荧光粒子，然后测定粒子的速度，以此得到液滴的速度。但这种仪器仅仅只能测速度，有了VW9000之后，除了测速度，还可以得到液滴的大小、形状、形貌变化、时间等数据。同时，VW9000的精度也足够高，人眼不能观察的液滴形成过程能被抓拍下来，还可以做些其他实验，如什么速度下会造成液滴的破裂等研究。目前该生物芯片的通道是500um，未来将会研究10um通道。

　　在半年的使用过程中，他们认为高速数码显微系统VW9000系列具有以下优势：
　　1、操作非常简单，不需要太多培训，特别容易上手。
　　2、最大230,000 帧／秒的拍摄能力，以往的三维显微系统无法观察到的高速移动物体也能准确捕捉到。这样，足够抓取较快速度下的动态成像。
　　3、最高可以按照 4000 帧／秒的速度不降低拍摄解析度（ 640×480） 进行拍摄。加装软件，可以测量：速度、加速度等参数。
　　4、集成化程度高，不用单买电脑、软件等。
　　5、得到的结果直观，不仅可以提供理论数据，还能直接在屏幕上看到液滴的形貌、破裂情况等。
　　6、便携，占地面积小。在一个偏重力学研究的实验室，不乏大型仪器。这款VW9000占地面积少，节省了不少空间。

 
刘老师的学生在利用VW9000对生物芯片的通道做液滴行为观察
 
动态分析三维显微镜VW9000下生物芯片的液滴行为实验

　　未来的研究兴趣，以及VW9000在该实验室的使用拓展：
　　刘老师谈到目前在微通道、液滴坠落方面，利用VW9000做出的结果非常好，与数值模拟的结果能对应起来进行分析、论证。未来的研究兴趣集中在微重力的领域，想在微重力方面做动态摄影，进一步拓展VW9000的使用范围。
　　另一台VHX1000，主要是做疲劳损伤、金相结构，测量粗糙度等研究。

刘老师的学生在利用超景深显微镜VHX-1000对金相组织做三维重建

　超景深显微镜VHX-1000下金属表面形貌图像

　　问题与建议
　　1、实验过程中底板颜色反光严重
　　答：打背光，后面放白板，会减少反光的影响。
　　2、弹性壁面的滑移速度是否可以测量，即液滴本身的速度与液滴摩擦点之间速度的差异。测试滑移的形成机理及滑移模型。
　　答：为基恩士产品更新提供新的方向和建议，我们将会和总部研发部门沟通，是否未来将有相应的产品推出。

坐在VHX1000前的刘赵淼教授

　　刘赵淼教授的个人简介
　　刘赵淼，女，1970年5月出生，工学博士，北京工业大学机电学院工程力学系教授、博士生导师，研究生院副院长，北京市“科技新星”（B类），北京市中青年骨干教师，中国力学学会徐芝纶力学优秀教师，北京市热物理与能源工程学会理事。1992年7月毕业于吉林大学应用力学专业，获学士学位。1995年7月毕业于吉林大学计算力学专业，获硕士学位。1998年7月毕业于北京理工大学机电工程系军事化学与烟火技术专业，获工学博士学位。曾获得教育部“国家留学基金”资助，于2004.9—2005.9在英国利兹大学机械工程学院做访问学者，2006年入选北京市留学回国人员择优资助计划。
　　主要研究方向为微流体力学、计算流体力学、流-固耦合分析理论及其工程应用，包括：微重力下液体界面行为特性研究、微流体系统内流动与传热特性的基础理论和数值研究、考虑滑移边界的油膜润滑理论基础研究及应用、燃烧与传热问题的基础理论和数值研究等。作为项目负责人主持研究了多项国家自然科学基金项目、国家973项目子课题、北京市教育委员会科技计划重点项目、北京市自然科学基金项目、北京市科委科技新星项目，以及北京市教委科技发展项目等科研项目。参与了多项国家科技重大专项、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市教委科技发展项目等纵向课题和航天集团等单位的横向课题研究工作。发表论文60余篇、译著1部。

　　主要科研项目
　　（1）  国家自然科学基金项目“薄膜蠕变流动特性的动力学分析”，项目批准号：10502002。2006.1—2008.12，项目负责人。
　　（2）国家973项目“高效节能的关键科学问题”之子课题“高温空气燃烧”，2001.1——2005.12，项目批准号：G2000026300，子项目负责人。
　　（3）国家自然科学基金项目“生物软组织多物理耦合性能的基础研究” 项目批准号：30470439，2005.1---2007.12，骨干。
　　（4）北京市科技新星项目“蓄热式高温低氧空气燃烧系统的动力学分析”，2003.1---2005.12，负责人。
　　（5）北京市教委科技发展项目“互补型蓄热高温空气燃烧系统的动力学分析”，2003.1---2005.12，负责人。
　　（6）北京市教委科技发展项目“纤维复合材料细观结构设计的软件系统”，2002.1---2004.12，骨干。
　　（7） 北京市自然科学基金项目“固相振荡燃烧现象的非线性动力学研究”，1999.9---2001.9，项目批准号：1993007,负责人。
　　（8）北京市自然科学基金项目“超低速情况下柔性机械臂的非线性动力学问题的研究”，1999.9---2002.9，项目批准号：3992004，骨干。

　　主要发表论文
　　（1）Dynamical Analysis of Gravity-driven Thin Film over Substrates with   Topography, the 13th International Coating Science and Technology Symposium, September 10-13, 2006, Denver, Colorado
　　（2国内高温空气燃烧技术发展现状和趋势，北京工业大学学报，2006，Vol. 32， No.7，614-621.
　　（3）Dynamic Analysis of the Process of Direction-Change in Restores Regenerative Burner，2006 International Symposium on Safety Science and Technology, Science Press.
　　（4）Dynamical Analysis on Gravity-driven thin film over a Wavy plate, 2005 International Symposium on Safety Science and Technology, 1252-1257，Science Press.
　　（5）Influence of Radiation on the Temperature in HTAC, 2005 International Symposium on Safety Science and Technology, 2276-2282.
　　（6）Numerical Analysis of HTAC System with Different Gas Inlet Direction, 2004 International Symposium on Safety Science and Technology, Shanghai,  “Progress in Safety Science and Technology”,2004,10, Shanghai.
　　（7）氧气浓度和预热温度对逆向式高温空气燃烧系统影响的数值研究，北京工业大学学报,第30卷，145页，2004
　　（8）Numerical analysis of transient temperature field in switch phase of high temperature restores regenerative burner, Annual Symposium on Beijing Mechanics Academy, 2003.
　　（9）逆向式高温空气燃烧过程的数值模拟，工业炉，2002，24（2），1-4
　　（10）Safety analysis of non-isothermal three-variable auto-catalytic chemical kinetic model, International Symposium on Safety Science and Technology (ISSST), 2002
　　（11）C6H12N4+Mg+KClO4+SrSO4系统的振荡控制和安全分析，安全与环境学报，Vol.2，No.1，7-10，2002
　　（12）Global dynamics of a parametrically and externally excited thin plate, Nonlinear Dynamics, 24 (3): 245-268, 2001
　　（13）线性热反馈控制的两变量放热化学模型的非线性分析，北京工业大学学报，Vol.27，No.4，406-411，2001
　　（14）几种工业薄壳结构的分析与优化设计，北京工业大学学报，Vol.27，No.4，383-389，2001
　　（15）凸肩接触面光滑滑动时叶盘系统动力学特性分析，北京工业大学学报，Vol.27，No.4，451-455，2001
　　（16）单晶硅化学气相沉积反应器流场初探，北京工业大学学报，Vol.27，No.4，483-485，2001
　　（17）Finite element numerical simulation and optimization design of pot container, MSC 2000, Oct. 2000, Beijing.
　　（18）Global dynamics of a parametrically and externally excited thin plate, Mechanics 2000, Aug. 2000, Beijing.
　　（19）具有平方和立方自催化反应机制化学模型的非线性动力学分析，兵工安全技术，No.103，2000年第5期，15-20，2000
　　（20）反应NH4ClO4+Mg+K2Cr2O7的非线性化学动力学（I）—固相振荡燃烧的实验现象，化学学报，1999，Vol. 57（3）。
　　（21）反应NH4ClO4+Mg+K2Cr2O7的非线性化学动力学（II）—固相振荡燃烧的化学模型，化学学报，1999，Vol.57（4）。
　　（22） 具有平方衰减项的平方自催化开放系统中的化学波研究，高等学校化学学报，1999，Vol. 20　（5），754。
　　（23）CSTR中三变量连续放热化学反应模型的非线性分析，北京工业大学学报，1999，Vol. 3。
　　（24）固相振荡燃烧模型的非线性化学动力学分析，非线性动力学学报，1999， Vol. 1。
　　（25）Experimental study on oscillatory solid phase combustion, “Theory and Practice of Energetic Materials ”, Beijing Institute of Technology Press, Beijing, 1996, 341. （转载自显微镜图像网）