微流控成像系统

如何实现微流控实验的原位观测自由?

在处理微米尺度(1-100 μm)的流道成像时,实验成功的关键往往不在于流量泵的精度,而在于成像系统能否在不干扰流体状态的前提下,提供高保真的动态数据。

微流控成像示意图
微流控成像系统示意图

在与大量微流控用户交流过程中,我们发现目前的观测手段存在几个共性难题:

  • 视野切换的离散性:实验通常需要在大视场下定位流路,随后立即切换至高倍率捕捉液滴生成或颗粒运动细节。传统物理切换物镜的方式,极易导致焦面丢失和光轴偏移,在应对10 cm/s级流速的瞬态反应时,数据记录极易中断。
  • 物理干涉(撞镜风险):芯片上方布满了进样软管、电极或温控组件。由于高倍物镜工作距离短,调焦过程极易发生机械碰撞,不仅损坏昂贵的镜头,更会导致芯片移位使实验前功尽弃。
  • 复杂基底的成像质量:不同材质(如PDMS、玻璃、硅基底)对光的反射率差异巨大。单一照明模式在处理不透明基底时,往往背景噪点极高,直接影响追踪算法的准确性。

针对上述反馈,我们在开发 MFIS(Microfluidic Imaging System)时,重点在光路架构上做了针对性优化:

光路架构优化
光路架构优化示意图

集成 12:1 宽视场连续变倍光学系统

我们认为,在流道观测中,倍率不应该是跳跃的,而应该是线性的。通过无级变倍,实验者可以在不移动镜头的情况下,从毫米级的全局流场平滑地"推"进到微米级的局部剪切细节。由于采用了同焦设计,缩放过程中图像始终清晰,解决了用户反馈中关于倍率切换导致的观测中断问题。

连续变倍光学系统
12:1 连续变倍光学系统

释放"原位观测(In-situ)"的操作自由

我们优化了成像头体积,并匹配了 LWD(长工作距离)物镜。在保证解析度的同时,物镜底端与芯片表面保留了超过10 mm的安全间距。这意味着在观测流动过程的同时,实验员的手可以自如地在芯片上方插拔管路或调节压力,彻底杜绝了"撞镜"隐患。

长工作距离物镜
长工作距离物镜示意图

模块化适配与光路柔性

微流控样本千差万别,MFIS 支持正置与倒置模式的快速切换,并集成了落射与透射两种照明。针对不透明基底,我们通过调节照明角度来压制反光,提升图像信噪比(SNR)。

正置倒置切换
正置/倒置模式切换
照明模式调节
照明角度调节示意

系统拓展

面对微流控实验中的高速液滴生成、快速混合等动态事件,我们给用户提供高速相机集成扩展选项。

无需更换系统结构,无缝集成高速相机,实现数百至数千帧每秒的高帧率成像,精准记录每一个瞬时变化,适用于流场分析、微滴力学、颗粒轨迹追踪等领域。

高速相机集成
高速相机集成方案

此外,针对细胞标记、分子探针、免疫检测等应用需求,用户只需在原有系统上添加荧光成像传感器、激发/截止荧光滤片模组升级为微流控荧光成像系统,在可视化的基础上实现定量、追踪记录功能。

荧光成像升级
荧光成像模块升级
工程师小结

我们认为,成像系统不应成为微流控实验的限制因素。通过连续变倍替代手动换镜,通过长工作距离释放物理空间,MFIS系统旨在让观测变得更简单、更客观。

MFIS微流控成像系统 亮点汇总
  • 兼顾视野和解析度:无需频繁切换物镜,实现整体到局部的高效观察;
  • 机构精简:模块式显微镜结构,支持任意角度安装。长工作距离,提供开放式微流控操作空间,适合原位观察;
  • 配置灵活:可随时切换正置/倒置观察以及照明模式,适应不同观察样本;
  • 扩展友好:轻松集成高速拍摄和荧光成像模块,可针对自动化、仪器化的开发项目提供更精简的电动显微成像配置,随时扩展功能边界。

如果您的实验也涉及高流速下的微观观测,或者正受困于操作空间不足,欢迎联系我们探讨针对性的成像方案。