线扫描型共聚焦生物芯片荧光检测关键技术研究

发布时间：2017-08-10 17:27

  本文关键词：线扫描型共聚焦生物芯片荧光检测关键技术研究

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【摘要】：生物芯片是近年来生命科学领域发展迅猛的一项高新技术,它具有高效、便捷、微量检测的特点,广泛应用于生命科学、医药研究、环境监测、生化试剂检验等多个领域。传统的荧光检测系统采用光电倍增管作为探测器,以单点成像方式进行图像二维扫描分析,但其扫描时间较长且探测器成本较高。基于制冷型面探测器的成像系统无需扫描装置,具有较高的成像速度和稳定的检测灵敏度,但其探测器本身非常昂贵。基于线列扫描的共聚焦荧光检测系统采用一维扫描方式缩短了成像时间,同时探测器内置的半导体制冷器和可积分特性为研制低成本、高性能的荧光检测系统提供了一种可行的解决方案。在此基础上,本文利用发光二级管(LED)代替常规的激光器作为系统光源,进一步缩小了系统体积且大幅降低了功耗。本文对成像系统涉及的光学系统、光源器件、光学探测器、探测器读出电路等进行了研究,讨论了各组件的设计特点与设计要求,完成了共聚焦光学结构、机械结构和电路系统的设计,搭建了一个能应用于生物芯片检测的共聚焦荧光检测系统原理样机。此外,本文针对搭建的共聚焦成像系统进行了电路噪声、荧光信噪比、系统检测限、系统线性度、系统分辨率等方面实验。经实验验证,系统对荧光素钠标准溶液实现了0.01μmol/L的最低检测限,并在0.1μmol/L~10μmol/L具有良好的线性度。利用分辨率板的反射光对系统的分辨率进行测试,结果表明系统成像分辨率达到8.77μm。系统具有良好的成像质量、可重复性和工作稳定性,满足荧光成像的实际需求,具有广泛的应用前景。
【关键词】：荧光检测 共聚焦 生物芯片
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492;R318
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-22
• 1.2.1 国外研究现状11-19
• 1.2.2 国内研究现状19-22
• 1.3 论文研究内容及主要章节安排22-25
• 1.3.1 论文研究内容22
• 1.3.2 主要章节安排22-25
• 第2章 生物芯片检测原理25-36
• 2.1 荧光检测原理25-26
• 2.1.1 荧光的产生25-26
• 2.1.2 荧光强度及影响因素26
• 2.2 扫描方式26-29
• 2.3 共聚焦理论29-32
• 2.3.1 共聚焦概念30-31
• 2.3.2 共聚焦理论31-32
• 2.3.3 共聚焦优点32
• 2.4 系统性能评价32-35
• 2.4.1 成像速度32-33
• 2.4.2 分辨率33
• 2.4.3 信噪比33-34
• 2.4.4 灵敏度34
• 2.4.5 动态范围34
• 2.4.6 可重复性34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 线扫描荧光共聚焦系统设计36-63
• 3.1 系统组成36-37
• 3.2 光路设计37-45
• 3.2.1 光路结构37-38
• 3.2.2 光源38-40
• 3.2.3 分光系统40-41
• 3.2.4 物镜41-43
• 3.2.5 聚焦透镜43-44
• 3.2.6 狭缝44-45
• 3.3 探测器45-46
• 3.4 荧光采集电路设计46-55
• 3.4.1 前端采集电路47-49
• 3.4.2 模拟信号处理电路49-51
• 3.4.3 模拟数字转换器51-52
• 3.4.4 温度控制电路52-53
• 3.4.5 位移平台控制53-54
• 3.4.6 控制器及数字接口54-55
• 3.5 电源设计55-56
• 3.6 信号传输电路设计56-57
• 3.7 软件设计57-59
• 3.7.1 控制器逻辑设计57-58
• 3.7.2 PCI Express传输58-59
• 3.7.3 图像采集软件设计59
• 3.8 机械结构和固定组件59-61
• 3.8.1 系统外型机械结构59-60
• 3.8.2 系统相关机械组件60-61
• 3.9 本章小结61-63
• 第4章 仪器性能测试与评估63-81
• 4.1 光稳定性和光谱特性64-65
• 4.2 电路噪声测试65-66
• 4.3 信噪比66-71
• 4.3.1 光源的功率对信噪比的影响66-68
• 4.3.2 积分时间对信噪比的影响68-71
• 4.4 温度对探测器的影响71-72
• 4.5 检测灵敏度和线性度72-75
• 4.6 系统分辨率75-76
• 4.7 可重复性76-77
• 4.8 成像速度77
• 4.9 芯片扫描实验77-78
• 4.10 仪器功耗78-79
• 4.11 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-90
• 附录90-91
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单91-92
• 致谢92

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本文编号：651999