本發(fā)明涉及微流控芯片，特別是涉及一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法。

背景技術(shù)：

1、光電潤(rùn)濕數(shù)字微流控技術(shù)通過(guò)投影光斑到光電導(dǎo)層生成虛擬電極來(lái)操控液滴。這種方法能夠避開(kāi)介電潤(rùn)濕芯片實(shí)體電極電路復(fù)雜設(shè)計(jì)和加工的步驟，彌補(bǔ)其無(wú)法重構(gòu)電極的缺陷，成為一種新興的數(shù)字微流控解決方案。光電潤(rùn)濕技術(shù)可以產(chǎn)生許多微米尺度的單分散液滴，這些液滴內(nèi)部可以作為小型的隔離微實(shí)驗(yàn)室，避免細(xì)胞之間的交叉感染，并限制分泌物進(jìn)入液滴內(nèi)部，用于精確的細(xì)胞分析。目前，液滴微流控已廣泛應(yīng)用于藥物封裝、靶向藥物傳遞、載體多功能化、藻類培養(yǎng)等領(lǐng)域。這種技術(shù)集成性強(qiáng)，為構(gòu)建復(fù)雜的“實(shí)驗(yàn)室芯片”(l?ab-on-a-chip)系統(tǒng)和進(jìn)行綜合性生物分析提供了可能。

2、然而，目前的光電潤(rùn)濕技術(shù)缺乏有效的控制系統(tǒng)來(lái)管理液滴的生成和分裂效率。液滴的數(shù)量和體積通常由人工控制，這嚴(yán)重限制了光電潤(rùn)濕技術(shù)的應(yīng)用前景。許多微流控高通量生物應(yīng)用(例如數(shù)字核酸擴(kuò)增和分析)需要大量液滴以提高實(shí)驗(yàn)效率。人工操控生成的液滴由于體積差異較大，不僅降低了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，難以滿足各種實(shí)驗(yàn)要求，還增加了樣品處理時(shí)間，導(dǎo)致效率低下，限制了實(shí)驗(yàn)的多樣性和適應(yīng)性目前，還沒(méi)有人將深度學(xué)習(xí)和光電潤(rùn)濕技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)微流控芯片上液滴的自動(dòng)按需生成。因此，發(fā)明一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法十分有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在于提供一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，主要解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明第一方面公開(kāi)了一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，所述方法包括下列步驟：

4、獲取光電潤(rùn)濕微流控芯片中水庫(kù)區(qū)域的圖像，并識(shí)別所述圖像中的細(xì)胞，獲得細(xì)胞的中心坐標(biāo)和尺寸，所述尺寸包括細(xì)胞的直徑；

5、以每個(gè)細(xì)胞的中心為基準(zhǔn)，生成對(duì)應(yīng)尺寸的光環(huán)，通過(guò)光環(huán)將所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣；

6、生成對(duì)應(yīng)尺寸的光斑，控制所述光斑從水庫(kù)區(qū)域中分裂出包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴。

7、可選的，通過(guò)攝像頭采集光電潤(rùn)濕微流控芯片中水庫(kù)區(qū)域的圖像，使用yolo算法對(duì)圖像中的水庫(kù)區(qū)域以及水庫(kù)區(qū)域中細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別，獲得細(xì)胞的中心坐標(biāo)、細(xì)胞的直徑。

8、可選的，所述光環(huán)的直徑大于所述細(xì)胞的直徑，生成母液滴時(shí)的光斑直徑大于生成子液滴時(shí)的光斑直徑。

9、可選的，通過(guò)光環(huán)將所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣的過(guò)程中，首先通過(guò)canny算法獲得水庫(kù)區(qū)域的邊緣坐標(biāo)，時(shí)刻計(jì)算所述細(xì)胞到水庫(kù)區(qū)域邊緣的距離是否小于第一閾值，當(dāng)小于第一閾值時(shí)，則說(shuō)明所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣。

10、可選的，計(jì)算所述細(xì)胞到水庫(kù)區(qū)域邊緣的距離是否小于第一閾值的過(guò)程包括：

11、獲取所述細(xì)胞的中心坐標(biāo)，獲取水庫(kù)區(qū)域的邊緣坐標(biāo)集合；

12、遍歷水庫(kù)區(qū)域的邊緣坐標(biāo)集合，計(jì)算所述細(xì)胞的中心坐標(biāo)到每個(gè)邊緣坐標(biāo)的歐幾里得距離；

13、找出這些距離中的最小值，即為所述細(xì)胞到水庫(kù)區(qū)域邊緣的最近距離，并比較距離中的最小值與所述第一閾值的大小。

14、可選的，所述生成對(duì)應(yīng)尺寸的光斑，控制所述光斑從水庫(kù)區(qū)域中分裂出包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴，具體包括：以對(duì)應(yīng)的所述細(xì)胞為中心，對(duì)應(yīng)生成多個(gè)光斑，通過(guò)所述光斑引導(dǎo)水庫(kù)區(qū)域邊緣的水以及細(xì)胞從水庫(kù)區(qū)域中脫離，從而形成包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴。

15、可選的，在生成母液滴之后，所述方法還包括：以母液滴為中心，對(duì)應(yīng)生成多個(gè)光斑，且所述光斑環(huán)繞所述母液滴，多個(gè)所述光斑朝不同方向移動(dòng)，從而將所述母液滴分裂成多個(gè)子液滴。

16、可選的，在驅(qū)動(dòng)所述光斑從母液滴中分裂出多個(gè)子液滴之后，所述方法還包括：對(duì)每個(gè)子液滴執(zhí)行異常檢測(cè)，對(duì)于異常液滴，通過(guò)光斑重新將異常液滴移回母液滴處，

17、可選的，對(duì)每個(gè)子液滴執(zhí)行異常檢測(cè)，具體包括：

18、通過(guò)yolo算法對(duì)每個(gè)子液滴進(jìn)行識(shí)別，提取每個(gè)子液滴的邊界輪廓，通過(guò)邊界輪廓計(jì)算每個(gè)子液滴的直徑；

19、對(duì)所有子液滴的直徑求平均值，獲得平均直徑；

20、對(duì)每個(gè)子液滴，比較每個(gè)子液滴的直徑與所述平均直徑的偏差，若所述偏差超過(guò)或低于第二閾值，則該液滴為異常液滴。

21、可選的，對(duì)于符合要求的子液滴/母液滴，通過(guò)光斑引導(dǎo)子液滴/母液滴按照設(shè)定的移動(dòng)路徑進(jìn)行并行移動(dòng)，在每個(gè)子液滴/母液滴的移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)識(shí)別算法及跟蹤算法不斷更新每個(gè)子液滴/母液滴的當(dāng)前位置，直到子液滴/母液滴到達(dá)目標(biāo)位置。

22、本發(fā)明第二方面公開(kāi)了一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控系統(tǒng)，其系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)前述方法，所述操控系統(tǒng)包括視覺(jué)采集模塊、液滴檢測(cè)跟蹤模塊、自動(dòng)操控模塊、光斑光環(huán)生成模塊，

23、所述視覺(jué)采集模塊，被配置為采集光電潤(rùn)濕微流控芯片上母液滴以及子液滴的圖像；

24、所述自動(dòng)操控模塊，用于接收來(lái)自用戶的輸入?yún)?shù)，并基于所述輸入?yún)?shù)確定液滴生成的數(shù)量；

25、所述光斑光環(huán)生成模塊，被配置為在光電潤(rùn)濕微流控芯片生成光斑或光環(huán)，并通過(guò)光斑或光環(huán)的互相配合，從母液滴中分裂出包含單個(gè)細(xì)胞的子液滴；

26、所述液滴檢測(cè)跟蹤模塊，被配置為通過(guò)識(shí)別算法獲取液滴陣列中每個(gè)子液滴的當(dāng)前位置，以及通過(guò)識(shí)別算法及跟蹤算法不斷更新每個(gè)子液滴的當(dāng)前位置實(shí)現(xiàn)子液滴跟蹤。

27、本發(fā)明的有益效果在于：1.通過(guò)結(jié)合深度學(xué)習(xí)和光電潤(rùn)濕技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液滴生成和分裂的自動(dòng)化，減少了人工干預(yù)，提高了實(shí)驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性。

28、2.系統(tǒng)能夠精確控制光斑的移動(dòng)路徑和液滴的分裂過(guò)程，確保生成的液滴具有一致的體積和形狀，適用于高通量生物和化學(xué)分析，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

29、3.實(shí)時(shí)監(jiān)控液滴的體積，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)液滴的體積符合要求，對(duì)于異常液滴及時(shí)處理和補(bǔ)全，提高實(shí)驗(yàn)的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，通過(guò)攝像頭采集光電潤(rùn)濕微流控芯片中水庫(kù)區(qū)域的圖像，使用yolo算法對(duì)圖像中的水庫(kù)區(qū)域以及水庫(kù)區(qū)域中細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別，獲得細(xì)胞的中心坐標(biāo)、細(xì)胞的直徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，所述光環(huán)的直徑大于所述細(xì)胞的直徑，生成母液滴時(shí)的光斑直徑大于生成子液滴時(shí)的光斑直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，通過(guò)光環(huán)將所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣的過(guò)程中，首先通過(guò)canny算法獲得水庫(kù)區(qū)域的邊緣坐標(biāo)，時(shí)刻計(jì)算所述細(xì)胞到水庫(kù)區(qū)域邊緣的距離是否小于第一閾值，當(dāng)小于第一閾值時(shí)，則說(shuō)明所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，計(jì)算所述細(xì)胞到水庫(kù)區(qū)域邊緣的距離是否小于第一閾值的過(guò)程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，所述生成對(duì)應(yīng)尺寸的光斑，控制所述光斑從水庫(kù)區(qū)域中分裂出包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴，具體包括：以對(duì)應(yīng)的所述細(xì)胞為中心，對(duì)應(yīng)生成多個(gè)光斑，通過(guò)所述光斑引導(dǎo)水庫(kù)區(qū)域邊緣的水以及細(xì)胞從水庫(kù)區(qū)域中脫離，從而形成包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，在生成母液滴之后，所述方法還包括：以母液滴為中心，對(duì)應(yīng)生成多個(gè)光斑，且所述光斑環(huán)繞所述母液滴，多個(gè)所述光斑朝不同方向移動(dòng)，從而將所述母液滴分裂成多個(gè)子液滴。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，在驅(qū)動(dòng)所述光斑從母液滴中分裂出多個(gè)子液滴之后，所述方法還包括：對(duì)每個(gè)子液滴執(zhí)行異常檢測(cè)，對(duì)于異常液滴，通過(guò)光斑重新將異常液滴移回母液滴處，對(duì)每個(gè)子液滴執(zhí)行異常檢測(cè)，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，對(duì)于符合要求的子液滴/母液滴，通過(guò)光斑引導(dǎo)子液滴/母液滴按照設(shè)定的移動(dòng)路徑進(jìn)行并行移動(dòng)，在每個(gè)子液滴/母液滴的移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)識(shí)別算法及跟蹤算法不斷更新每個(gè)子液滴/母液滴的當(dāng)前位置，直到子液滴/母液滴到達(dá)目標(biāo)位置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控系統(tǒng)，所述操控系統(tǒng)包括視覺(jué)采集模塊、液滴檢測(cè)跟蹤模塊、自動(dòng)操控模塊、光斑光環(huán)生成模塊，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)按需生成液滴的光電微流控方法，所述方法包括下列步驟：獲取光電潤(rùn)濕微流控芯片中水庫(kù)區(qū)域的圖像，并識(shí)別所述圖像中的細(xì)胞，獲得細(xì)胞的中心坐標(biāo)和尺寸，所述尺寸包括細(xì)胞的直徑；以每個(gè)細(xì)胞的中心為基準(zhǔn)，生成對(duì)應(yīng)尺寸的光環(huán)，通過(guò)光環(huán)將所述細(xì)胞移動(dòng)至水庫(kù)區(qū)域邊緣；生成對(duì)應(yīng)尺寸的光斑，控制所述光斑從水庫(kù)區(qū)域中分裂出包含單個(gè)細(xì)胞的多個(gè)母液滴，本發(fā)明通過(guò)結(jié)合深度學(xué)習(xí)和光電潤(rùn)濕技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了子液滴生成和分裂的自動(dòng)化，減少了人工干預(yù)，提高了實(shí)驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：史留勇,王天義,周騰,顏洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9