微尺度流动研究中的显示技术-中科院力学所
微尺度流体流动的研究进展
微尺度流体流动的研究进展引言微尺度流体流动是涉及微观尺度领域的重要研究课题之一。
随着纳米技术的快速发展和应用的增多，对微尺度流体流动的研究越来越受到关注。
微尺度流体流动不同于传统尺度下的流体流动，其特殊的物理和化学性质对其流动行为产生了独特的影响。
本文将介绍微尺度流体流动的研究进展，并着重讨论了相关研究的最新成果和未来的发展方向。
微尺度流体流动的基本原理微尺度流体流动的基本原理包括流体的微尺度效应、流体的非线性行为和流体力学方程的修正。
在微观尺度下，流体与固体相互作用的表面效应变得更加显著，表现为接触角的变化、毛细管效应的出现等。
同时，流体在微尺度下也表现出非线性行为，如流体的剪切率增加会导致粘度的变化。
此外，流体力学方程在微尺度下也需要进行修正，以考虑微观尺度效应和非线性行为对流动的影响。
微尺度流体流动的数值模拟数值模拟在微尺度流体流动研究中发挥着重要的作用。
通过数值模拟，可以对微尺度流体流动的特性进行深入研究，并预测流动行为。
在数值模拟中，常用的方法包括分子动力学模拟、连续介质模型和混合模型等。
其中，分子动力学模拟是一种基于分子尺度的方法，可以直接模拟流体分子的运动。
连续介质模型基于连续介质假设，将流体视为连续介质，并使用流体力学方程进行数值求解。
混合模型结合了分子动力学模拟和连续介质模型的优势，既能考虑微观尺度效应，又能在较大尺度上进行模拟。
微尺度流体流动的实验研究实验研究是微尺度流体流动研究中另一个重要的手段。
通过实验可以直接观察流动行为，并验证数值模拟结果的准确性。
常用的实验方法包括微流体芯片技术、纳米流体实验和光学显微技术等。
微流体芯片技术可以制造具有微米级通道的芯片，用于观察微尺度流体流动的行为。
纳米流体实验可以通过纳米级颗粒的追踪来观察流动行为。
光学显微技术通过观察流体与光的相互作用来研究流动行为。
微尺度流体流动的应用微尺度流体流动在多个领域有着广泛的应用。
在生物医学领域，微尺度流体流动可以用于细胞分离、疾病诊断和药物传输等。
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状小尺度流体力学是研究微观尺度流体行为的学科领域，主要关注微尺度下的流体运动、传热和质量传递等问题。
而微流体和纳米流体则是小尺度流体力学领域的两个重要分支，它们在生物医学、能源、环境等领域中有着广泛的应用。
本文将对微流体和纳米流体的研究现状进行综述。
一、微流体的研究现状微流体是指在微观尺度下流体的行为和性质，常用于研究微小通道中的流动、混合和反应等。
近年来，微流体领域的研究发展迅速，涉及到许多重要的技术和应用。
1.1 微流体的制备技术为了实现微流体的制备和控制，研究人员开发了各种微流体制备技术。
其中，微流控芯片是一种常见的制备工具，通过对微通道的设计和制备，可以实现对流体的精确调节和操控。
此外，还有基于纳米材料制备的微流体系统，如纳米孔阵列、纳米管道等，这些技术为微流体研究提供了更多的选择和可能性。
1.2 微流体的应用领域微流体技术在许多领域中都有着广泛的应用。
在生物医学领域，微流体技术可以用于细胞培养、药物筛选、基因测序等方面；在化学分析领域，微流体技术可以实现对微量样品的快速分析和检测；在环境监测领域，微流体技术可以用于水污染监测、大气分析等方面。
此外，微流体技术还在能源、材料科学等领域得到了广泛应用。
二、纳米流体的研究现状纳米流体是指纳米颗粒或纳米结构相互作用下的流体行为，它的研究对于传统流体力学的发展具有重要意义。
纳米流体的研究充满了挑战，但也带来了许多新的机遇。
2.1 液体纳米流体液体纳米流体是指纳米颗粒悬浮在液体介质中的流体体系。
研究人员通过调控纳米颗粒的浓度、尺寸和形状等因素，成功实现了对液体纳米流体的调控和控制。
在此基础上，液体纳米流体被广泛应用于催化、能源存储等领域。
2.2 气体纳米流体气体纳米流体是指纳米尺度下气体的流动行为，研究气体纳米流体对于理解纳米尺度下气体的传输和输运行为具有重要意义。
目前，研究人员通过模拟和实验等手段，对气体纳米流体的性质和行为进行了深入研究，并在气体分离、气体传感等方面取得了一定的进展。
研究微流体特性的实验技术与装置介绍
研究微流体特性的实验技术与装置介绍引言：微流体技术是近年来兴起的一项重要科学研究领域，其为我们解析微观尺度下的流动行为提供了强有力的工具。
为了深入探索微流体特性，科学家们提出了一系列实验技术与装置，本文将对其中几种常见的进行介绍。
一、微通道芯片技术微通道芯片技术是微流体实验的核心，其可以借助微纳制造技术将微米尺度的通道网络制造在芯片上。
这种技术可以精确控制微流体的流速、压力和流动方向，非常适合用于微尺度流体实验的开展。
通过微通道芯片技术，科学家们可以研究微小流动的黏性、容积、湍流性能等特性，进而深入探索微观尺度下的流体运动规律。
二、微尺度测量技术在微流体实验中，测量技术是不可或缺的一部分。
针对微尺度流体的特点，科学家们提出了一系列高分辨率、高灵敏度的测量技术。
例如，高速摄像技术可以实时捕捉微流体中的流动图像，揭示其流动特性；显微镜技术可以观察微小流动区域的细节，了解微观尺度下的流体动力学行为；同步测量技术则可以同时记录微流体中多个物理量的变化，实现多元参数的综合分析。
这些微尺度测量技术的发展，为我们准确地获取微流体特性数据提供了保障。
三、微尺度流体模型技术为了更加真实地再现微观尺度下的流体行为，科学家们提出了微尺度流体模型技术。
这种技术利用微纳制造技术制备出微结构化的通道和模型，以模拟微尺度流体中的复杂流动现象。
常见的微尺度流体模型包括利用微通道芯片构建的纳米颗粒悬浮体系、仿生微流体芯片模型等。
这些模型可以帮助科学家们深入理解微尺度流体的流动规律，探索微流体在生物医学、能源领域中的应用前景。
四、微尺度流体仿真技术随着计算机技术的发展，微尺度流体的数值模拟也成为研究微流体特性的重要手段。
微尺度流体仿真技术可以通过计算模拟微流体的流动行为，预测微尺度流体中的流速、流压、流动方向等参数。
通过仿真结果，科学家们可以深入了解微流体中的运动规律，并指导实验研究。
高性能计算和优化算法的发展，为微尺度流体仿真技术的应用提供了更强大的计算力和模拟精度。
微尺度流动研究的简要综述
动应力波动幅度随晶粒尺寸的增大而线性增大, 在晶
粒尺寸相同的条件下, 流动应力波动幅度随应变量的
增大而增大。Silva
[46]
( 2007) 等利用计算机仿真技术,
研究三种不同形状微管道中的黏性流动, 研究表明弯
曲的黏性微管道与直微管相比, 可以用较小的能量获
0809) .
Manuscript received 20080108, in revised form 20081027.
1 .. 引言
近年来, 随着微机械制造技术和纳米技术的飞速
发展, 各种各样的MEMS ( micro..electro..mechanical sys..
tem) 器件已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、
.. 研究简报..
微尺度流动研究的简要综述..
BRIEF SUMMARIZATION OF MICRO..SCALE FLOW RESEARCH
孙江龙....1 .. 吕续舰1 .. .. 郭.. 磊1 .. .. 杨.. 侠2
( 1. 华中科技大学船舶与海洋工程学院, 武汉430074)
已经小于20 nm[ 4..5] , 此时常规的气体流动控制方程已
Journal of Mechanical Strength 2010, 32( 3) : 502..508
..
.... 孙江龙, 男, 1976 年4 月生, 浙江东阳人, 汉族。博士, 副教授, 1998 年毕业于华中科技大学( 原华中理工大学) 船舶与海洋工程系, 2006 年获
据, 如何对其进行准确预硬盘驱动器, 其内部读写头
流体力学中的微流动现象
流体力学中的微流动现象一、引言流体力学是研究液体和气体运动规律的学科，而微流动现象则专注于研究在微观尺度下流体的行为和性质。
微流动现象的研究对于理解和应用纳米技术、生物医学、化学工程等领域具有重要意义。
本文将介绍流体力学中的微流动现象以及其在科学研究和工业领域中的应用。
二、微流动现象的基本原理微流动是指在微观尺度下流体的运动行为，其流动特征与宏观流体力学存在明显不同。
微流动现象的基本原理包括两个重要的尺度效应：尺度缩放效应和表面效应。
1. 尺度缩放效应在微观尺度下，流体所受到的惯性力相对于粘性力较小，因此微流动过程中惯性力可以忽略不计。
与宏观流体运动相比，微流动现象更加稳定和受控。
2. 表面效应在微观尺度下，流体与固体表面的相互作用对流动行为具有显著影响。
例如，当流体分子靠近固体表面时，分子与表面之间的相互作用会使得流体粘性增加，从而改变流体的流动性质。
三、微流动现象的研究方法为了研究微流动现象，科学家们提出了一系列实验方法和理论模型。
以下介绍几种常用的研究方法：1. 微管道实验微管道实验是研究微流动现象最常用的方法之一。
通过制造微观尺寸的通道，科学家们可以观察和测量微流动的行为。
常用的实验手段包括流速控制、压力测量、视觉观察等。
2. 数值模拟数值模拟是一种通过计算机仿真来研究微流动现象的方法。
科学家们可以运用流体力学方程和有限元分析等方法，模拟微流动的行为和性质，进一步理解微尺度下的流体行为。
3.微流控技术微流控技术是一种将微流动现象应用于实际应用中的方法。
通过设计微流控芯片和微流控器件，可以在微观尺度下实现液体的分配、混合、操作和反应，为生物化学实验、医学诊断等提供了新的方法和工具。
四、微流动现象的应用微流动现象的研究对于科学研究和工业应用具有广泛的意义。
以下介绍几个微流动现象在不同领域中的应用：1. 生物医学微流动现象在生物医学领域的应用非常广泛。
例如，在基因测序中，微流动技术可以提高测序效率和准确性。
中科院力学研究所简介
中科院力学研究所该所创建于1956年，是我国唯一一个力学多分支学科的、以基础性研究为本的国家级力学研究基地；在国际力学界具有相当影响。
钱学森、钱伟长为力学研究所第一任正、副所长，已故副所长郭永怀曾长期主持工作，继任所长郑哲敏、薛明伦，现任所长樊菁。
该所设有非线性力学国家重点实验室、高温气体动力学重点实验室、国家微重力实验室、工程科学研究部和技术发展研究部。
根据国家建设对力学提出的需求和力学学科发展前沿，力学所突出“微系统科技”、“气动科技”、“微重力科学”、“重大工程”4个方面的重点科技领域，布局8个主要研究方向。
简介中国科学院力学研究所（以下简称力学所）1956年成立，是以工程科学（Engineering Science）思想建所的综合性国家级力学研究基地，在国际力学界享有盛誉。
钱学森、钱伟长为第一任正、副所长；郭永怀副所长曾长期主持工作；继任所长为郑哲敏、薛明伦、洪友士，现任所长樊菁。
中国科学院力学研究所[1]力学所共有在职职工近400人，其中科技人员280余人。
有中国科学院院士8人[2]，中国工程院院士1人，研究员近60人，副研究员、高级工程师和高级实验师110余人，中国科学院“百人计划”入选者21人、国家杰出青年科学基金获得者11人。
力学所是国务院学位委员会批准的力学一级学科研究生培养单位，并设有博士后流动站。
2008年在学研究生344人，其中博士生139人、硕士生205人，在站博士后21人。
根据国家战略需求和世界科学前沿，力学所加强空天、海洋、环境、能源与交通等重要领域的科学创新和高新技术集成，以“微尺度力学与跨尺度关联，高温气体动力学与跨大气层飞行，微重力科学与应用，海洋与环境、能源与交通中的重大力学问题，先进制造工艺力学，生物力学与生物工程等”为主攻方向，力争为我国经济建设、国家安全和社会可持续发展做出基础性、战略性、前瞻性的重大创新贡献。
力学所现设有6个实验室和1个中心作为基本单元实体。
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析在当今科技高速发展的时代，流体力学作为物理学的一个分支领域，对于理解和预测微尺度介质中的流体行为具有重要意义。
微尺度介质主要指的是具有微结构的介质，例如多孔介质、微流道、毛细管和生物体内的微血管等。
而流体动力学模拟与分析则是通过计算机模拟和数值分析的方法，研究微尺度介质中的流体流动和传热现象。
本文将从微尺度介质的特点、模拟方法和研究应用等方面，对微尺度介质中的流体动力学模拟与分析进行探讨。
微尺度介质由于其尺度的特殊性，具有许多独特的特点和行为。
首先，微尺度介质中的流体流动受到表面效应的明显影响。
相对于宏观尺度，微尺度介质的比表面积更大，分子与界面之间的相互作用更加显著，表现为界面张力的变化以及表面粘度的出现。
其次，微尺度介质中的流动往往是非连续的，例如气体在微流道中的流动就会出现明显的滑动效应。
此外，微尺度介质的流动还受到电荷效应、热力效应、惯性效应等多种微观因素的影响，这使得流体行为更加复杂和多样化。
针对微尺度介质中的流体行为，研究人员发展了多种模拟方法和数值技术。
其中，分子动力学方法是一种常用的模拟方法。
分子动力学模拟将流体系统近似为大量作用力可由牛顿运动方程描述的粒子，通过迭代求解得到流体粒子在时域上的运动信息。
这种方法可以模拟微尺度介质中的分子运动和流体行为，并研究分子间的相互作用。
另外，计算流体力学方法也是微尺度介质中流体动力学模拟的重要手段。
计算流体力学方法基于Navier-Stokes方程组，通过对连续性方程、动量方程和能量方程等进行离散求解，得到流场和温度场的数值解。
这种方法适用于大规模流动问题，可以研究微观尺度介质中的流动特性和热传输现象。
微尺度介质中的流体动力学模拟与分析在多个领域具有广泛的应用。
首先，在材料科学领域，可以通过模拟和分析微尺度介质中的流体流动，揭示材料的各种性能和特性。
例如，通过模拟多孔介质中的流体渗流，可以探索材料的各向异性、渗透性和孔隙结构等信息。
流体力学的发展现状
流体力学的发展现状流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，涉及到各种物质的流动行为，包括气体、液体和等离子体等。
它在多个领域中具有广泛的应用，如航空航天、海洋工程、能源研究等。
本文将详细介绍流体力学的发展现状，包括其研究领域、应用领域和最新的研究进展。
1. 流体力学的研究领域流体力学的研究领域非常广泛，包括以下几个方面：1.1 流体动力学：研究流体的运动规律和动力学性质，包括流体的速度、压力、密度等参数的变化规律。
1.2 流体静力学：研究静止流体的力学性质，包括流体的静压力和静力平衡等。
1.3 流体传热学：研究流体中传热的规律和机制，包括对流传热、辐射传热和传导传热等。
1.4 流体力学数值模拟：利用计算机模拟方法，对流体力学问题进行数值计算和模拟，以求解复杂的流体力学问题。
2. 流体力学的应用领域流体力学在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：2.1 航空航天工程：流体力学在飞行器设计和空气动力学研究中起着重要作用，能够帮助优化飞行器的气动外形和提高飞行性能。
2.2 汽车工程：流体力学可以用于汽车空气动力学研究，优化汽车外形以减小空气阻力，提高燃油经济性。
2.3 海洋工程：流体力学在海洋平台、船舶和海洋结构物的设计中起着重要作用，能够帮助优化结构的稳定性和抗风浪性能。
2.4 能源研究：流体力学在能源领域中有广泛应用，如风力发电机的设计和水力发电站的优化等。
2.5 生物医学工程：流体力学在生物医学领域中有着重要的应用，如血液流动的研究和人体器官的模拟等。
3. 流体力学的最新研究进展流体力学领域一直在不断发展和创新，下面介绍一些最新的研究进展：3.1 计算流体力学方法的发展：随着计算机技术的不断进步，计算流体力学方法得到了广泛应用，能够更准确地模拟和预测流体力学问题。
3.2 多相流体力学的研究：多相流体力学研究涉及到多种不同相的流体的相互作用和运动规律，对于研究气液两相流、液固两相流等具有重要意义。
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微尺度流动显示及速度测量李战华郑旭中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM），北京100080摘要：本文综述了微尺度流动显示和速度测量的前沿技术：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。
通过对各种系统的分析说明观测微流动需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究和发展微流动观测技术提供参考。
关键字：微流动、流动显示、MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD1.引言微尺度流动是指特征尺度在0.1μm ~ 1mm之间的流动，通常出现在微机电系统（MEMS），特别是微流控芯片（Microfluidic）中。
例如，DNA检测使用的毛细管电泳芯片，微分析系统(μTAS)中使用的微分离器、微阀等器件，均由微米尺度的通道组成。
微尺度流动的主要特点是：低Re数，表面力作用为主，与Capillary数、Bond数有关，工作液体多为复杂液体等。
微尺度流动特性对系统的性能有很大影响，对微流动特性的研究一直受到关注。
微流动特性研究的重要手段之一是进行流场观测。
微尺度流动显示与宏观流动显示主要不同是需要提高空间分辨度和利用高亮度探测仪器等。
宏观速度测量仪器的空间分辨率在几十微米以上：热膜流速仪的探头直径为5μm，长1.25mm，LDV的光斑直径约2mm，这些仪器无法用于微尺度流动测量。
宏观流动显示的示踪粒子直径>1μm，而微流动中的荧光示踪粒子直径在50-500nm。
按照Reyleigh散射定律粒子光强与直径的6次方成比例衰减，因此需要高光学灵敏度探测器。
为了实现微尺度流动诊断，必须对宏观流动显示方法进行改进，采用新的实验仪器或手段。
目前微流动显示方法很多，按照所使用的显微镜系统分为：倒置荧光显微镜、透射显微镜系统、共聚焦显微系统Confocal等。
按照选用的入射光种类分为：利用激光光源的Micro-PIV，利用x射线的X-PIV，利用近场隐失波的TIFMR等。
按照选用的示踪粒子分为：荧光粒子法、分子示踪法和量子点示踪法等。
本文将综述微尺度流动显示和速度测量的主要方法：MicroPIV、Confocal、TIRFM、MTV、QD等，介绍其工作原理、主要技术指标、适用范围等。
通过对系统的分析说明观测微流动的困难和需要解决的主要问题，为进行微流动的实验研究、观测微流控器件的流动特性和发展微流动观测技术提供参考。
2.微观粒子图像测速（Micro-PIV）2.1特点与发展现状（1）原理Micro-PIV是将宏观PIV测量原理应用于微尺度流动的流场测量技术，它在宏观PIV测量系统中增加了光学显微镜（图1），利用粒子的荧光提取流场信息。
（2）发展现状著名实验流体力学家Adrian研究组的Santiago（1998）[1]首次利用连续激光器、CCD和荧光显微镜组成Micro-PIV系统，测量了绕30μm柱体的Hele-Shaw流。
实验中采用的示踪粒子是直径为300nm的荧光粒子，吸收光波长532nm ，发射光波长560nm 。
实验雷诺数Re=3×10-4，流速为50μms -1。
Meinhart et al （1999）[2]利用双脉冲激光的MicroPIV 系统（图1b ），实现了30μm×300μm 矩形微管道内的速度观测，流速达到8 mms -1，速度测量的空间精度达到0.9μm 。
Stone et al （2002）[3]利用软件处理技术使MicroPIV 系统在近壁区速度测量的均方根不确定度达到60nm ，为流道内表面的非接触式测量提供了新的方法。
国内李战华研究组（2003）[4]对连续荧光下MicroPIV 的最小测量速度进行了分析，并对30×50μm 微管道低Re 数流动速度剖面进行了测量。
郝彭飞和何枫（2005）[5]利用Micro-PIV 观测了200μm 微槽道的湍流转捩和结构，发现在微管道中同样存在湍流流动模式。
王旻利和王元（2005）[6]详细综述了Micro-PIV 技术近年来的发展，并介绍了他们的实验测量结果。
(a) MicroPIV 系统示意图[2] (b) 中科院力学所MicroPIV 系统照片 图1 MicroPIV 系统示意图和照片2.2 主要技术参数(1) 空间分辨率● 光学分辨率光学仪器形成图像的清晰程度受光衍射现象限制。
根据Rayleigh 判据，光学仪器的像分辨率δ为： 0.61sin NA n λλδθ≥≈⋅ (2)其中λ为成像光波波长，NA 为物镜数值孔径，n 为介质折射率，θ镜口角。
对油镜n 为1.516，θ约140~150︒，λ为630nm ，则分辨率δ≈0.394μm 。
空间光学分辨率只与光波波长和物镜的数值孔径有关，因此X-PIV 采用x 射线（λ＝300nm ），相对于650nm 光波，空间分辨率可以提高一倍。
● 速度场测量分辨率流场图像由CCD 采集后被数字化，速度场的空间分辨率δs 可以表示为：S W LM N δ= (3)其中L 为物理平面内的观测长度、Mw 为物镜放大倍数、N 为CCD 在观测长度内的点阵数。
当使用100倍物镜时，视场80μm ，L 为8mm 。
CCD 的像素1002×1024，对应空间长度8nm 。
光斑单点化后，速度场测量分辨率可达80nm 。
(2) 工作距离工作距离为物镜到标本的距离（已扣除盖玻片的厚度约0.17mm ）。
这个参数对微流动实验很重要，因为它限制了微流道观测表面的厚度。
对于100倍的物镜，工作距离只有0.1mm 。
(3) 焦点深度和测量深度● 焦点深度显微镜光轴焦点上下可以看清物体的范围叫做焦点深度或景深（Depth of field ），由下式确定：2Z n n e NA M NA λδ=+⋅ (4)其中n 为介质折射率、NA 为镜头数值孔径、M 为显微镜总放大率、e 为图像探测器的最小分辨率。
当使用100倍物镜和10倍目镜时(M=100×10)，n=1.515，CCD 在1×1工作模式下，e 为8μm ，则焦点深度为0.522μm ，可以清楚地观察到焦点±0.261μm 范围内的物体。
● 测量深度由于MicroPIV 是体照明，Meinhart et al （2000）[7]按照测量区域内某一平面粒子灰度与焦平面粒子灰度的相关性确定沿光路的测量范围，定义了测量深度。
测量深度与焦点深度和粒子有效直径有关。
其计算公式为：23 2.16/tan Zm p p n NA d d δλθ=++ （7）在60倍物镜，NA=1.4下，测量深度约为±1.75μm 。
由于显微镜的景深和体照明特性，在目前MicroPIV 系统中实现2D 观测比较困难，采用共聚焦显微镜可以改进平面观测（见§3）。
(4) 示踪粒子● 荧光粒子宏观PIV 的示踪粒子直径>1μm ，利用粒子散射光采集速度信息。
而MicroPIV 利用的示踪粒子直径在50-500nm ，其散射光不足以被观测，因此采用荧光示踪粒子。
荧光是发射光，当入射光照到样品上，样品内分子运动状态发生变化，样品分子吸收外来光能从高能级回复到低能级释放光能形成荧光。
在理想情况下，一个分子大约能辐射出105－106个荧光光子。
高效单光子计数器可以检测到5％的荧光光子约5000个，足以探测到单个分子。
● 布朗运动根据Einstein 公式计算粒子扩散距离，Li et al (2003)[4]计算了定常流场中直径200nm 粒子可以忽略布朗运动的最小速度约为13μm/s 。
● 荧光粒子的浓度荧光粒子的浓度对背景噪音影响很大。
Meinhart et al （2000）[7]给出4种粒子浓度在4种测量距离下的信噪比。
根据作者的实验经验，使用200nm 粒子时，浓度范围为0.02~0.1%为宜。
(5) 光信号检测器由于使用荧光粒子作为示踪粒子，MicroPIV对CCD 的光学灵敏度要求高。
Lee (2005)[8]给出不同种类CCD 适用的范围(图2)。
微流动显示至少需要选择量子效率高和暗电流低增强CCD（ICCD ）和冷却CCD(Cooled CCD)。
(6) 图像处理技术王旻利和王元（2005）[6]详细综述了Micro-PIV图像处理技术，可以参考。
3. 激光共聚焦显微镜（Laser scanning Confocal Microscope ）图2 不同种类CCD 的量子效率示意图图3 共聚焦显微镜原理示意图[9]图4 共聚焦显微镜扫描系统示意图[10]3.1原理共聚焦显微镜与传统场式(wide field)显微镜相比具有控制焦深、降低背景杂光的优点。
通过空间过滤技术去除非焦平面信息获得光学切片。
从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源，这就是所谓的共聚焦（图3）。
共聚焦光学系统是对样品进行点照明，同时反射光也采用点感受器受光。
只有与焦点重合的图像会被输出，因此无用的散乱光被屏蔽掉，有效地降低了背景干扰。
共聚焦显微系统可以用激光作扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像（图4）。
由于激光束的波长较短，光束很细，所以激光共焦显微镜有较高的分辨力，大约是普通光学显微镜的3倍。
系统经一次调焦，扫描限制在样品的一个平面内。
调焦深度不一样时，就可以获得样品不同深度层次的图像。
3.2技术指标实用共焦显微镜在反射光的光路上加上了一块半反半透镜（dichroic mirror），将已经通过透镜的反射光折向一套微透镜和光学针孔系统，将进入物镜的光线再次聚焦，以克服普通显微镜焦点深度过大的影响。
例如Olympus荧光显微镜IX70的景深为3μm，而共聚焦显微镜的景深只有0.5μm，可以更准确地显示指定平面的图像。
Oshima et al (2005) [11]使用CSU22(Yokogawa Electric Corp.) Confocal Micro-PIV系统具有1000帧/秒的采样速度，在40×/NA=1.25物镜采用500nm荧光粒子对血管流动进行了观测。
4.全内反射荧光显微镜（Total Interior Reflect Fluency Microscope -TIRFM）4.1原理光波从光密介质射向光疏介质，入射角大于临界角时，会发生全反射现象。
这时，尽管所有的光全部被反射回光密介质，但由于波动效应，部分光的能量会穿过光密介质透入光疏介质很薄的一层表面，平行于界面传播。
这种透入光疏介质表面的波，称为隐失波（Evanescent wave）。
在低折射率介质中隐失波的典型渗透深度为100nm。
如果样品紧贴界面放置，则隐失波对样品的垂直照射深度也为100nm。