臺灣博碩士論文加值系統

本研究係以搭配細川陽一郎教授實驗室對於PLACS技術的開發為主軸。由於 PLACS的技術在使用飛秒雷射對細胞進行分流時的成功率不如預期，且透過顯微鏡端提供的俯視影像難以判斷確切原因，因此本研究旨在設計出一組微型顯微系統來觀察微流道的側面影像，以便分流系統在分流細胞的同時能夠從俯視以外的角度獲得更多微流道內的資訊。
由於PLACS的細胞分流系統所使用的微流道體積都不大，再加上這個分流系統的微流道必須放置於顯微鏡的平台上，故一般體積較微流道龐大的影像系統並不適合用來當作側面觀察的工具。為了能直接在微流道側邊加裝一組觀測系統，其體積將會受到非常大的限制，因此這個觀察微流道側面影像的成像模組係以微型顯微內視鏡的方式來構裝。
這個微型顯微內視模組所使用的鏡頭直徑為1.7毫米，另外CMOS相機的長度也僅有8毫米，並透過寬度約0.5mm纜線連接至相機控制主體，能在體積受限的情況下，展現其特殊的優勢。我們引入了GRIN徑向梯度折射率光學透鏡，並放置於相機前方，作為放大成像的主要元件。除此之外梯度折射率透鏡也有較低像差的特性，其圓柱狀的幾何形狀都亦利於構裝微型顯微成像模組。

This study is aimed as a joint research with Prof. Hosokawa’s group of Nara Institute of Science and Technology (NAIST). His lab has developed a PLACS system, which utilized femtosecond laser pulses for cell sorting. However, the sorting needs further improvement. Notably, it is not straightforward to reveal the causes simply from the top view 2D microscopic images.
In this work, we have configured a miniature microscopy module using a micro-CMOS camera to observe the side view of the micro-particles in the microfluidic channels. The working space for placing the imaging module close to the microchannel is very limited. Our miniature endo-microscopy module comprises of a CMOS endoscope (Dia. 1.7mm) and two gradient-index (GRIN) rod lenses (Dia. 1.8mm & 1mm) to form the miniature imaging module for observing micro-particulates. Additionally, GRIN rod lenses’ spherical aberration and field curve is relatively small. GRIN rod lenses’ cylindrical geometry also allows them to well match the thin CMOS camera, which provides unprecedented side view of the microfluidic channels.

目錄
中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 流式細胞分選儀 1
1.1.1 流式細胞術的工作原理 1
1.1.2 微流體晶片細胞分選儀 2
1.1.3 Pulsed laser triggered fluorescence activated cell sorter (PLACS) 3
1.2 研究動機與目的 4
第二章 原理 5
2.1 梯度折射率透鏡 5
2.2 等效球面透鏡系統 7
2.2.1公式推導 8
2.2.2 等效系統的參數表示式 10
第三章 實驗方法與材料 14
3.1 實驗儀器與材料 14
3.1.1 WSM-15 內視鏡 14
3.1.2 梯度折射率透鏡 15
3.2 複合式顯微系統 16
3.3 實驗架設與流程 17
第四章 實驗結果與討論 20
4.1 測微尺影像 20
4.2 影像解析能力 22
4.2.1 瑞利準則(Rayleigh Criterion) 22
4.2.2 影像解析度 23
4.3 微流通道內部影像 25
4.3.1 流道影像解析能力 25
4.3.2顆粒位移軌跡 28
第五章 結論與未來工作 30
5.1 結論 30
5.2 未來工作 31
參考文獻 32

 
圖目錄
圖 1 流式細胞術示意圖 1
圖 2 微流體晶片細胞分選儀示意圖 2
圖 3 PLACS分流示意圖 3
圖 4 微型顯微系統應用於觀察微流道側面之示意圖 4
圖 5 梯度折射率透鏡示意圖 5
圖 6 光線經過梯度折射率透鏡的軌跡，左：P = 0.5；右：P = 0.25 6
圖 7 梯度折射率透鏡等效球狀透鏡之示意圖 7
圖 8 非均勻介質下的梯度折射率透鏡等效球狀透鏡示意圖 9
圖 9 在Pitch介於0到0.25時的光線軌跡示意圖以及等效球面透鏡系統 10
圖 10在Pitch等於0.25時的光線軌跡示意圖以及等效球面透鏡系統 11
圖 11 非均勻介質下，Pitch等於0.25時的光線軌跡示意圖以及等效球面透鏡系統 12
圖 12 WSM -15 內視鏡 14
圖 13 複合式顯微系統成像示意圖 16
圖 14 觀看測微尺影像的系統架設示意圖 17
圖 15 測微尺上的度量單位 18
圖 16 加工後的微流道與顯微系統位置示意圖 18
圖 17 應用於微流道的系統架設示意圖 19
圖 18 測微尺影像(D為兩透鏡的間距) 20
圖 19 不同距離D情況下的光線路徑示意圖 21
圖 20 調整內視鏡與目鏡的距離增加成像範圍 21
圖 21 艾里斑與最小距離d 22
圖 22 微流通道內6微米的氧化鋁粉 25
圖 23 微流通道內3微米的氧化鋁粉 26
圖 24 微流通道內1微米的氧化鋁粉 27
圖 25 樣品在不同影像時間軸的位置改變 28
圖 26 疊合影像後的粒子軌跡 28
圖 27 粒子Z軸座標對時間的軌跡追蹤圖 29

 
表目錄
表 1 梯度折射率等效一般透鏡的參數一覽表(P < 0.25) 11
表 2 梯度折射率等效一般透鏡的參數一覽表(P = 0.25) 12
表 3 非均勻介質下，梯度折射率等效一般透鏡的參數一覽表(P = 0.25) 13
表 4 實驗用內視鏡之各項參數一覽表 15
表 5 梯度折射率透鏡的規格 15
表 6 距離D與影像視野及解析度之間的關係 24

參考文獻
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