船舶压载水中微藻细胞快速检测系统设计
发布时间：2020-12-30 03:18
船舶压载水为防止船舶倾斜,保证船舶稳定运行而加载到船上的海水,船舶压载水中包含大量的浮游生物可能会导致外来生物入侵,对海洋环境造成严重的破坏。根据国际海事组织提出的《压载水公约》中的D-2标准以及相关导则,规定尺寸大于等于10μm且小于50μm的存活生物浓度应小于10个/mL,符合该尺寸范围的生物主要为微藻细胞。基于此,本文提出了一种基于微流控芯片的便携式高通量船舶压载水中微藻细胞快速检测系统。该系统以微流控芯片为检测平台,结合微藻细胞叶绿素荧光检测原理实现对船舶压载水中的微藻细胞进行快速检测。本文设计的系统主要包括硬件和软件两部分。硬件部分包括:微流控芯片模块、荧光激发与接收模块、信号处理模块、ARM控制模块、以及辅助模块即电源模块、阀泵压力驱动模块和机械模块。其中,微流控芯片模块作为样品检测平台,合适的芯片结构可以最大程度传感出样品特性;荧光激发与接收模块可以激发和接收微藻细胞叶绿素荧光,并且将光信号转化为电信号;信号处理模块主要为滤波放大电路,可以放大微藻细胞叶绿素荧光信号,提高检测系统的信噪比;ARM控制模块可以驱动外置模数转换芯片的工作;电源模块可以为各个硬件提供合适的电压;...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２光流式细磁仪原理图［１６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｌｏｗ?ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ??
?大连海事大学硕士学位论文???０．４－?４３０ｎｍ??？?／?Ｌ．ｉｍＫａ?Ａ６６５ｎｍ??＾?０２－?＼?４６５ｎｍ?／?Ｉ??ｕ??０．０－?＼??＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇??４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００??波长（ｎｍ）??图２．１叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸收光谱图??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ?ａ?ａｎｄ?ｂ??如图２．１可以看出，在蓝光波长处：叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸光光波长分别为４３０ｎｍ??和４６５ｎｍ；在红光波长处：叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸光光波长分别为６６５ｎｍ和６５０ｎｒｒｕ总??之，叶绿素ａ和ｂ吸收蓝色光的波长在４００－４９０ｎｍ，吸收红色光的波长为６３０－７００ｎｍ。??因此，本系统利用叶绿素荧光原理对于微藻细胞进行判断和汁数，不同微藻细胞叶绿素??含量不同，所产生荧光大小也不同［３２＿３４］。??根据微藻细胞的叶绿素荧光原理，结合微流控芯片检测技术，设计了如图２．２所示??的微藻细胞ＬＥＤ诱导荧光检测原理。如图２．２所示，利用微流控芯片作为检测平台，将??样品加入其中，在阀泵的作用下，样品从样品管流入废液管，经过检测通道，当经过检??测区时，在上方４７０ｎｍ的ＬＥＤ激发光源的照射下，可以激发微藻细胞的叶绿素荧光，??通过下方的光电探测器进行接收，光电探测器的主要作用是接收微藻细胞叶绿素荧光，??并将光信号转换为电信号。在上方ＬＥＤ激发光源和微流控芯片之间添加了?４７０ｎｍ蓝色??滤光片，可以有效的滤除背景光，使激发光更纯净。在微流控芯
?大连海事大学硕士学位论文???３船舶压载水微藻细胞检测系统硬件部分设计??３．?１微流控芯片的设计与制作??３．１．１微流控芯片的设计??微流控芯片作为样品的检测平台，同吋可以结合叶绿素荧光检测技术进行微藻细胞??检测。微流控芯片的优点在于应用小体积样本就可以进行实验的研宂，并且芯片本身体??积小，价格低，但检测效率高。同时，当设计好合适的芯片结构后，可以最大程度的传??感出检测样品的特性。本文提出ｒ?一种检测船舶压载水中微藻细胞荧光特征的微流控芯??片，芯片结构如图３．丨所示，该微流控芯片设计的形状类似Ｚ型。??检测通道??？?＾＿＾十?８ｍｍ?４＾??２．６ｍｒＡ＾Ｚ＜?……￣??样品槽?＼??１??检测区??３?１００?Ｍ?ｍ??３?—Ｕ?｜??ｌ?２ｒ＾ｍ?废液槽??＾＝＝４＝〇??图３．１微流控芯片结设计图??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏ?ｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ??图３．１所示微流控芯片结构包括样品槽、检测通道、检测区以及废液槽。样品槽与??废液槽分别连接两个塑料软管，在软管另一端连接两个样品管和废液管，用来装载待检??测的样品以及检测完成后的废液。为了可以最大程度激发微藻细胞的叶绿素荧光信号，??本文设计了上述结构。整个微流控芯片大小尺寸长宽高分别是５ｃｍ、３ｃｍ以及０．５ｃｍ。??其中样品槽与废液槽为半径１．３ｍｍ高５ｍｍ的空心圆柱结构；与样品槽一端相连接的横??向检测通道的长为８ｍｍ、宽为２ｍｍ以及高为８０｜＿ｉｍ；竖直方向检测通道的长为８ｍｍ、??．?－１７?－??
本文编号：2946880
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：91 页
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【部分图文】：
图１．２光流式细磁仪原理图［１６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｌｏｗ?ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ??
?大连海事大学硕士学位论文???０．４－?４３０ｎｍ??？?／?Ｌ．ｉｍＫａ?Ａ６６５ｎｍ??＾?０２－?＼?４６５ｎｍ?／?Ｉ??ｕ??０．０－?＼??＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇??４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００??波长（ｎｍ）??图２．１叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸收光谱图??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ?ａ?ａｎｄ?ｂ??如图２．１可以看出，在蓝光波长处：叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸光光波长分别为４３０ｎｍ??和４６５ｎｍ；在红光波长处：叶绿素ａ和叶绿素ｂ吸光光波长分别为６６５ｎｍ和６５０ｎｒｒｕ总??之，叶绿素ａ和ｂ吸收蓝色光的波长在４００－４９０ｎｍ，吸收红色光的波长为６３０－７００ｎｍ。??因此，本系统利用叶绿素荧光原理对于微藻细胞进行判断和汁数，不同微藻细胞叶绿素??含量不同，所产生荧光大小也不同［３２＿３４］。??根据微藻细胞的叶绿素荧光原理，结合微流控芯片检测技术，设计了如图２．２所示??的微藻细胞ＬＥＤ诱导荧光检测原理。如图２．２所示，利用微流控芯片作为检测平台，将??样品加入其中，在阀泵的作用下，样品从样品管流入废液管，经过检测通道，当经过检??测区时，在上方４７０ｎｍ的ＬＥＤ激发光源的照射下，可以激发微藻细胞的叶绿素荧光，??通过下方的光电探测器进行接收，光电探测器的主要作用是接收微藻细胞叶绿素荧光，??并将光信号转换为电信号。在上方ＬＥＤ激发光源和微流控芯片之间添加了?４７０ｎｍ蓝色??滤光片，可以有效的滤除背景光，使激发光更纯净。在微流控芯
?大连海事大学硕士学位论文???３船舶压载水微藻细胞检测系统硬件部分设计??３．?１微流控芯片的设计与制作??３．１．１微流控芯片的设计??微流控芯片作为样品的检测平台，同吋可以结合叶绿素荧光检测技术进行微藻细胞??检测。微流控芯片的优点在于应用小体积样本就可以进行实验的研宂，并且芯片本身体??积小，价格低，但检测效率高。同时，当设计好合适的芯片结构后，可以最大程度的传??感出检测样品的特性。本文提出ｒ?一种检测船舶压载水中微藻细胞荧光特征的微流控芯??片，芯片结构如图３．丨所示，该微流控芯片设计的形状类似Ｚ型。??检测通道??？?＾＿＾十?８ｍｍ?４＾??２．６ｍｒＡ＾Ｚ＜?……￣??样品槽?＼??１??检测区??３?１００?Ｍ?ｍ??３?—Ｕ?｜??ｌ?２ｒ＾ｍ?废液槽??＾＝＝４＝〇??图３．１微流控芯片结设计图??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏ?ｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ??图３．１所示微流控芯片结构包括样品槽、检测通道、检测区以及废液槽。样品槽与??废液槽分别连接两个塑料软管，在软管另一端连接两个样品管和废液管，用来装载待检??测的样品以及检测完成后的废液。为了可以最大程度激发微藻细胞的叶绿素荧光信号，??本文设计了上述结构。整个微流控芯片大小尺寸长宽高分别是５ｃｍ、３ｃｍ以及０．５ｃｍ。??其中样品槽与废液槽为半径１．３ｍｍ高５ｍｍ的空心圆柱结构；与样品槽一端相连接的横??向检测通道的长为８ｍｍ、宽为２ｍｍ以及高为８０｜＿ｉｍ；竖直方向检测通道的长为８ｍｍ、??．?－１７?－??
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