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A spiral microfluidic device for rapid sorting,trapping,and long-term live imaging of Caenorhabditis elegans embryos

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Microsystems & Nanoengineering 2023年第1期9卷 203-213页

作者： Peng Pan Zhen Qin William Sun Yuxiao Zhou Shaojia Wang Pengfei Song Yong Wang changhai ru Xin Wang John Calarco Xinyu Liu Department of Mechanical and Industrial Engineering University of Toronto5 King’s College RoadTorontoOntarioM5S 3G8Canada Upper Canada College 200 Lonsdale RoadTorontoOntarioM4V 1W6Canada School of Advanced Technology Xi’an Jiaotong-Liverpool University111 Ren’ai RoadSuzhou215000China School of Electronic and Information Engineering Suzhou University of Science and TechnologySuzhou215009China Department of Mechanical and Aerospace Engineering Jilin UniversityChangchun130012China Department of Cell&Systems Biology University of Toronto25 Harbord StTorontoOntarioM5S 3G5Canada Institute of Biomedical Engineering University of Toronto164 College StreetTorontoOntarioM5S 3G9Canada

Caenorhabditis elegans embryos have been widely used to study cellular processes and developmental regulation at early ***,most existing microfluidic devices focus on the studies of larval or adult worms rather than *** accurately study the real-time dynamics of embryonic development under different conditions,many technical barriers must be overcome;these can include single-embryo sorting and immobilization,precise control of the experimental environment,and long-term live imaging of *** paper reports a spiral microfluidic device for effective sorting,trapping,and long-term live imaging of single *** embryos under precisely controlled experimental *** device successfully sorts embryos from a mixed population of *** at different developmental stages via Dean vortices generated inside a spiral microchannel and traps the sorted embryos at single-cell resolution through hydrodynamic traps on the sidewall of the spiral channel for long-term *** the well-controlled microenvironment inside the microfluidic device,the response of the trapped *** embryos to mechanical and chemical stimulation can be quantitatively *** experimental results show that a gentle hydrodynamic force would induce faster growth of embryos,and embryos developmentally arrested in the high-salinity solution could be rescued by the M9 *** microfluidic device provides new avenues for easy,rapid,high-content screening of *** embryos.

关键词： larval spiral trapping

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Recent advances in nanorobotic manipulation inside scanning electron microscopes

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Microsystems & Nanoengineering 2016年第1期2卷 188-203页

作者： Chaoyang Shi Devin K Luu Qinmin Yang Jun Liu Jun Chen changhai ru Shaorong Xie Jun Luo Ji Ge Yu Sun Department of Mechanical and Industrial Engineering University of TorontoTorontoONCanada M5S 3G8 Department of Control Science and Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China Robotics and Microsystems Center Soochow UniversitySuzhou 215021China School of Mechatronic Engineering and Automation Shanghai UniversityShanghai 200072China

A scanning electron microscope(SEM)provides real-time imaging with nanometer resolution and a large scanning area,which enables the development and integration of robotic nanomanipulation systems inside a vacuum chamber to realize simultaneous imaging and direct interactions with nanoscaled *** techniques for nanorobotic manipulation during SEM imaging enable the characterization of nanomaterials and nanostructures and the prototyping/assembly of *** paper presents a comprehensive survey of recent advances in nanorobotic manipulation,including the development of nanomanipulation platforms,tools,changeable toolboxes,sensing units,control strategies,electron beam-induced deposition approaches,automation techniques,and nanomanipulation-enabled applications and *** limitations of the existing technologies and prospects for new technologies are also discussed.

关键词： automated nanomanipulation scanning electron microscope SEM-based nanomanipulation

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高动态大功率桥式压电陶瓷驱动电源

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压电与声光 2012年第4期34卷 549-552页

作者：汝长海王澄哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

压电陶瓷在内燃机燃油喷射,精细电火花加工等高动态应用,对压电陶瓷驱动电源响应频率、输出功率提出更高要求。该文设计并研制了一种新型高动态大功率桥式压电陶瓷驱动电源,采用桥式输出设计,实现了电源转换速率、输出功率均增加1倍,输... 详细信息

压电陶瓷在内燃机燃油喷射,精细电火花加工等高动态应用,对压电陶瓷驱动电源响应频率、输出功率提出更高要求。该文设计并研制了一种新型高动态大功率桥式压电陶瓷驱动电源,采用桥式输出设计,实现了电源转换速率、输出功率均增加1倍,输出带宽达到10kHz。其控制部分采用直接数字频率合成技术(DDS)实现正弦、三角、锯齿和方波的输出。

关键词：压电陶瓷桥式电路高动态直接数字频率合成技术(DDS)

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基于压电陶瓷的摩擦可调粘滑定位平台

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压电与声光 2017年第6期39卷 825-828,833页

作者：杨飞雨潘鹏徐伟汝长海苏州大学江苏省先进机器人技术重点实验室&苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215000

为了提高粘滑式纳米定位台对不同负载,尤其是大质量负载的适用性,设计了驱动模块化的粘滑定位平台。将质量块、柔性铰链及铰链架一体制造,将压电陶瓷致动器、预紧垫块及预紧螺钉安装在铰链架上,共同组成一个独立的驱动模块,安装在底座... 详细信息

为了提高粘滑式纳米定位台对不同负载,尤其是大质量负载的适用性,设计了驱动模块化的粘滑定位平台。将质量块、柔性铰链及铰链架一体制造,将压电陶瓷致动器、预紧垫块及预紧螺钉安装在铰链架上,共同组成一个独立的驱动模块,安装在底座的槽内,在调节螺钉的作用下可调整垂直方向的位置,改变与载物台接触面间的摩擦力。对粘滑驱动平台建立动力学模型并进行仿真分析,研究摩擦力对平台性能的影响。实验结果表明,负载200g时,平台的最小步长为8.84nm,最大速度为3.727mm/s,行程约20mm;2kg负载下,未调节摩擦时最大速度为2.373mm/s,调节摩擦力后最大速度为3.063mm/s。实验证明,该设计能同时满足小尺寸、高精度、高速度、大行程及适应大负载的要求。

关键词：纳米定位压电陶瓷摩擦力粘滑驱动动力学模型

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基于迟滞模型压电陶瓷跟踪控制方法

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仪器仪表学报 2006年第z1期27卷 536-538页

作者：汝长海王科俊叶秀芬哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

压电陶瓷存在迟滞现象,开环定位精度受到严重影响。本文提出一个能够精确描述迟滞现象的数学模型,通过实验发现压电陶瓷迟滞曲线由转换电压决定。提出基于这个迟滞模型的开环逆控制方法,压电陶瓷迟滞减少至1%以内,控制性能显著提高。

关键词：压电陶瓷迟滞跟踪控制

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扫描电子显微镜图像漂移的实时矫正方法

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光电工程 2018年第12期45卷 37-44页

作者：徐伟谷森储成智靳振伟汝长海苏州大学机器人与微系统研究中心江苏苏州215021 苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215021

为解决扫描电子显微镜(SEM)由于电子束漂移、电磁干扰等原因导致的图像漂移问题,提出基于ORB结合PROSAC的图像漂移矫正算法。首先采用ORB算法对基准图像和实时图像进行特征检测,然后利用汉明距离与交叉匹配实现特征的初匹配,再结合RANSA... 详细信息

为解决扫描电子显微镜(SEM)由于电子束漂移、电磁干扰等原因导致的图像漂移问题,提出基于ORB结合PROSAC的图像漂移矫正算法。首先采用ORB算法对基准图像和实时图像进行特征检测,然后利用汉明距离与交叉匹配实现特征的初匹配,再结合RANSAC的优化算法PROSAC计算帧间的单应矩阵,利用单应矩阵映射剔除外点后重新迭代计算出最终的精确单应矩阵,最后利用单应矩阵的透视变换实现SEM图像漂移实时矫正。通过实验证明,该算法不仅精度高,而且能够满足SEM实时处理的要求。

关键词：扫描电子显微镜图像漂移单应矩阵矫正

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批量细胞吸附固定装置的研制

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现代制造工程 2015年第8期 23-26,86页

作者：皋龙成朱军辉汝长海苏州大学机器人与微系统研究中心苏州215021 苏州大学苏州纳米科学技术协同创新中心苏州215123

针对目前胞浆内单精子注射(ICSI)效率低、对操作人员技术要求较高的问题,研制了一种批量细胞吸附固定装置。首先,基于微流道低雷诺数的特点,通过COMSOL软件进行流体仿真,分析了细胞吸附固定的机理;然后,搭建了压力控制系统,以实时检测... 详细信息

针对目前胞浆内单精子注射(ICSI)效率低、对操作人员技术要求较高的问题,研制了一种批量细胞吸附固定装置。首先,基于微流道低雷诺数的特点,通过COMSOL软件进行流体仿真,分析了细胞吸附固定的机理;然后,搭建了压力控制系统,以实时检测并调节微管道内的压力,利用所设计制作的细胞吸附固定装置,结合显微操作系统对小鼠卵细胞进行大量实验并分析影响吸附固定效果的因素;最后,进行单细胞受力分析,推导得出压力泵流量与管道内压力之间、压力与细胞变形量之间的关系。得到的实验数据证明了利用细胞吸附固定装置可以实现批量细胞的自动固定,提高了注射效率。

关键词：细胞注射吸附固定压力控制

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采用线结构光的电动汽车电池包箱体孔组位置在线测量

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制造技术与机床 2020年第3期 98-103页

作者：孙浩楠胡志平汝长海苏州大学机器人与微系统研究中心江苏苏州215021

三坐标测量机和位置度量规测量新能源汽车电池包箱体孔组效率低,投入大,且无法满足在线检测的要求。为此构建由大理石平台、直线电动机、3D线扫相机等组成的在线电池包箱体孔组位置度检测系统。该系统作为电池包生产线的一部分,在机械... 详细信息

三坐标测量机和位置度量规测量新能源汽车电池包箱体孔组效率低,投入大,且无法满足在线检测的要求。为此构建由大理石平台、直线电动机、3D线扫相机等组成的在线电池包箱体孔组位置度检测系统。该系统作为电池包生产线的一部分,在机械手将电池包放入检测平台后,直线电动机带动3D线扫相机获取电池包箱体孔组的3D点云数据。将3D点云投影到标定平面,采用中值滤波降噪预处理,膨胀、腐蚀逼出被检测孔轮廓,提取ROI;Canny边缘检测提取轮廓线,最小二乘法提取特征获取圆心坐标与装配孔半径,并采用柔性定位的方法校正所获得的数据。结果表明,在线电池包箱体孔组位置度检测系统满足电池包装配孔位置度0.2 mm的测量需求。

关键词：线结构光在线测量位置度检测改进最小二乘法坐标转换图像处理柔性定位

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基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

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机械工程学报 2006年第3期42卷 179-183页

作者：陈立国荣伟彬汝长海张国平孙立宁哈尔滨工业大学机器人研究所哈尔滨150001

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计... 详细信息

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。

关键词：压电陶瓷致动器驱动电源电流控制迟滞蠕变

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基于实物标记的显微定位方法

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机器人 2014年第6期36卷 683-687,696页

作者：孙伏骏朱军辉杨飞雨陈瑞华孙立宁汝长海苏州大学江苏省先进机器人技术重点实验室江苏苏州215123 苏州大学附属第一医院临床免疫研究所江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215123

为提高显微操作精度和效率,本文利用实物标记上的两个不同大小的圆,通过霍夫(Hough)圆算法配合人工识别辅助校正,自动建立实物坐标系.再结合图像识别技术、计算机控制的自动平台系统和自主开发的坐标转换算法,提出了一个可实现显微镜下C... 详细信息

为提高显微操作精度和效率,本文利用实物标记上的两个不同大小的圆,通过霍夫(Hough)圆算法配合人工识别辅助校正,自动建立实物坐标系.再结合图像识别技术、计算机控制的自动平台系统和自主开发的坐标转换算法,提出了一个可实现显微镜下CCD(电荷耦合元件)偏角的自动检测、微观影像的自动扫描和显微操作的再次(重复)定位的方法.实验结果显示,前后两次位置定位的误差可控制在实验所用CCD的取屏范围(640 pix×480 pix)的中间1/4(320 pix×240 pix)范围内,定位成功率可达90%.此方法只需将印有两个圆的透明标签贴于实物底部,安装配套的软件和硬件,即可实现显微镜下实物的精确重复定位.

关键词：实物标记显微图像识别显微自动扫描显微精确定位

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