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含荧光物质油相在微纳通道中的空间分布使用千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科学相机与荧光显微镜组成的弱荧光成像系统观测。
1 实验背景
微流控芯片能够将复杂孔隙介质中的流体运移过程转化为可视化的为尺度实验，为油气在受限空间中的赋存、流动与分布研究提供重要手段。本次实验对象为油气微流控芯片，核心需求是利用高灵敏度科学相机观测微纳通道中的弱荧光信号，从而识别含荧光物质油相在通道内的空间分布。
实验成像难点主要来自三个方面：微纳通道内荧光信号较弱，LED荧光照明存在光斑不均，同时杂散光会进一步降低目标与背景之间的对比度。
为此，中国石油大学研究团队引入千眼狼(Revealer)sCMOS科学相机及相应弱光成像策略，提高微纳通道荧光信号的可辨识度，使其能够用于后续空间分布分析。
2 实验设备
本实验采用千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科学相机、荧光显微镜和LED荧光光源构建微流控科学成像系统。微流控芯片最小通道结构深度约100 nm、宽度约1 μm。
2.1 sCMOS科学相机
实验涉及的主要相机设置包括：2×2/4×4 binning，最长4 s曝光，CMS低噪声成像模式，暗场校正和平场校正。sCMOS科学相机承担将到达探测面的微弱荧光信号转换为可用于后续识别与分析的数字图像。
2.2 荧光显微系统
实验采用荧光显微镜进行微流控芯片观测，实际使用6×和20×显微观察条件，照明采用LED荧光光源。
图1-千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科学相机与荧光显微镜组成的微流控弱荧光成像实验系统，用于观测微流控芯片微纳通道中的荧光信号分布
3 实验方法
实验对象为油气微流控芯片，结构尺寸最小通道深度约100 nm、宽度约1 μm。观测内容包括荧光和明场信号。实验重点关注含荧光物质的油相进入微纳通道以后形成的空间分布。通过荧光标记，可以将流体在透明微流控芯片内部的空间占据状态转换为具有灰度差异的显微图像，为后续微纳通道内流体分布识别提供基础。
实验根据动态与静态观测需求调整曝光条件，动态观察油相流动时曝光时间约为350 ms，静态荧光分布观测则将曝光时间延长至4 s，以增加弱荧光信号的有效积累。同时采用2×2/4×4 binning及CMS低噪声成像模式，提高低信号条件下图像的可辨识度。针对LED光源存在的光斑不均和背景干扰问题，进一步进行暗场校正和平场校正，以降低固定背景及照明不均对荧光分布判断的影响。最终获得可用于识别微纳通道内荧光时间分布的科学图像，并结合ImageJ Threshold功能对荧光区域进行提取和标记。
4 实验数据
4.1 微纳通道弱荧光信号得到有效记录
经过弱光成像参数优化后，实拍图像中微纳通道能够被明显点亮，表明含荧光物质的油相已进入相应通道。
本次微流控实验，sCMOS相机核心价值在于将此前较难观察的弱荧光信号转化为具有分析价值的科学图像，使研究人员能够识别油相在微纳通道中的空间分布状态。
图2-千眼狼(Revealer) Gloria 4.2 sCMOS科学相机在4 s曝光条件下拍摄的微流控芯片弱荧光图像，可观察含荧光物质油相进入微纳通道后的空间分布
4.2 荧光分布具备进一步图像分析基础
实验进一步采用ImageJ Threshold功能对荧光图像进行阈值处理，将含荧光物质油相进入的区域进行标记。使原始显微灰度图像可以进一步转化为具有明确空间边界的荧光分布数据，为后续开展通道占据范围、空间分布差异以及时间序列输运研究提供图像基础。
图3-基于Gloria 4.2 sCMOS科学相机荧光图像的ImageJ Threshold分析结果，用于提取微流控芯片微纳通道中含荧光物质油相的空间分布区域。
5 实验结论
本实验采用千眼狼(Revealer)Gloria 4.2 sCMOS科学相机与荧光显微镜开展微流控芯片弱荧光成像。针对荧光信号弱、LED照明不均及杂散光等问题，通过4 s长曝光、低噪声模式、2×2/4×4 binning以及暗场、平场校正，提高了微纳通道荧光信号的可辨识性。
实拍结果表明，含荧光物质的油相进入微纳通道后形成的空间分布能够被清晰记录，并可结合ImageJ Threshold进一步提取荧光区域。
对微流控科研而言，sCMOS科学相机的核心价值在于低光子通量条件下的弱荧光信号转化为可观察、可识别、可进一步分析的科学成像数据，为微纳通道中的流体分布及后续输运过程研究提供实验基础。
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