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随着现代生命科学技术的快速发展,近年来,医学界的一些学者提出了一种利用检测生物芯片感染病毒厚度来快速诊断某些疾病的方法。常见的生物芯片厚度一般在几十微米到上百微米之间,为了防止芯片由于外界环境的影响而变质,影响医生对病人病情的判断,对芯片厚度快速而精确的在线检测就显得非常重要。
本研究为“医用快速生物芯片检测仪”课题的部分内容。利用全息干板与生物芯片厚度接近同时价格低廉的特点,选取全息干板作为检测样本、迈克尔逊干涉仪和CCD作为主要的测量仪器,设计了半膜测量方法。分别对GS-I型和RSP-I型两种全息干板进行了厚度测量、研究了干涉条纹平均间距与光程差变化之间的对应关系。
首先通过实验研究发现了过去膜厚测量方法中存在的问题:实验中采用的直接测量或转角的方法检测效率低、对干涉条纹的判读不准确,因而影响到实验结果的可靠性。本文提出了一种半膜的测量方法,对其理论依据进行了阐述。
利用上述新方法,将ASTM标准方法(F529-80)与膜厚测量相结合,通过对拍摄的大量干涉条纹图样进行分析和计算,得到了迈克尔逊干涉仪空载时反射镜M<,1>位置与干涉条纹平均间距变化之间的对应关系。利用此关系,在测量时就只需在M<,1>前插入待测样品,即可快速算出M<,1>光路光程的变化量,从而求出样品的厚度,实验过程非常简便快捷。发现了测量误 差随M<,1>、M<,2>之间距离S、干涉条纹级数K的增大而减小的现象,通过对其进行理论分析,讨论了本方法的适用范围。实验结果的绝对误差约10微米,相对误差随被测样品厚度的增加而减小。
同样使用半膜测量方法,将迈克尔逊干涉仪的入射光源由激光换成白光、CCD换成毛玻璃观察屏。利用白光相干长度小、只有在干涉仪两光臂光程接近相等的时候才能观察到干涉条纹的特点,重新对样品进行测量。测量结果的精度较高,绝对误差小于2微米,但因为白光干涉条纹较难调出,所以测量效率比前一种方法低。
最后,比较了利用半膜法测量膜厚时,激光源结合CCD与白光源结合观察屏这两种方式在测量效率、精度上的优缺点。结果表明:激光源结合CCD方式虽然精度不如白光方式,但测量效率高、易于实现测量自动化,适合作为本课题所研究仪器的主要测量手段;白光方式精度很高,但效率较低、不易实现快速自动测量,可以作为仪器的辅助测量手段,用于对检测精度要求很高的情况。
本文的结论为整个课题提供了基本的测量方法以及两种对应的测量方式,为膜厚检测仪的快速自动测量功能实现提供了坚实的理论基础和实验基础。