光子微球生物芯片自动化检测系统的研发

发布时间：2017-10-10 17:19

  本文关键词：光子微球生物芯片自动化检测系统的研发

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【摘要】：Point Of Care Testing (POCT,现场检测)设备具有集成度高、体积小、造价低,自动化／智能化程度高的特点,对操作人员专业技能要求低,特别适合于一些基层社区医院、病房、家庭、战场以及各种现场标本的测定。然而受到检测原理、材料、制造技术以及检测方法的限制,目前真正能够用于体液检测的POCT设备并不多见。而基于光子晶体编码微球的多元生物分子检测技术可实现对样品中多组分的同时检测,能够满足POCT的应用与发展需求,且将编码微球与微流控芯片结合可以提供一种更为简单快捷的POCT检测方法。针对POCT设备集成化、自动化的需求,本文重点研究了基于光子晶体微球微流分析芯片的自动化检测系统,在系统的设计、构建以及各个部分的实现都做了研究,并应用于蛋白质的多元检测。研究工作的内容可分为以下三个部分：一、光子晶体微球微流分析芯片与流体反应系统的设计。本文设计了一种基于毛细管的微流分析芯片,对其原理、模型设计、制作步骤、检测效果等方面进行了研究,并依据反应流程与原理设计了一个自动化流体反应系统,该系统包含微泵、微阀等微流体器件与集成控制电路等,通过软件控制自动化选择合适的试剂输入芯片进行反应,并对反应参数进行了优化。二、自动化光学成像系统的设计。本文依据光子微球生物芯片的检测原理,设计并构建了一个小型化的光学成像系统,并研究其控制过程和上位机软件。通过软件的控制,它可以自动化地进行滤色块的切换,实现明场和荧光两种成像模式,并采集芯片内部微球的明场编码图像和荧光图像。三、图像处理与蛋白质的多元检测。本文利用构建的流体反应系统进行不同浓度的抗原蛋白检测实验,并用光学成像系统采集反应后的图像。在此基础上提出了适合于光子微球生物芯片图像的处理算法,通过图像匹配、预处理、分割识别等一系列操作,最终提取图像中的微球数据进行荧光定量和颜色解码,并验证了该系统用于蛋白质多元检测的可行性。该系统的检测限达到62.6ng/mL,并验证了其运用于多元生物分子检测的可行性,检测准确性达到85%。整个过程自动化进行,适合于POCT的应用与研究。
【关键词】：POCT 光子晶体微球 生物芯片 自动化分析 多元检测
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH776;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 POCT的现状与发展9-11
• 1.1.1 POCT的概念9-10
• 1.1.2 POCT的发展需求与现状10
• 1.1.3 POCT面临的困难10-11
• 1.2 微流控技术与POCT11-18
• 1.2.1 微流控技术及其发展11
• 1.2.2 微流控系统的组成11-13
• 1.2.3 微流控技术在POCT中的应用13-18
• 1.3 多元生物检测技术18-21
• 1.3.1 微阵列编码技术18-19
• 1.3.2 流动载体编码技术19-21
• 1.3.3 多元检测的困难与发展21
• 1.4 总结和论文概述21-23
• 1.5 参考文献23-29
• 第二章 自动化流体反应系统设计29-49
• 2.1 前言29
• 2.2 微流控芯片结构设计与制作29-33
• 2.2.1 芯片结构设计与检测原理29-31
• 2.2.2 芯片制作31-33
• 2.3 系统设计与实现33-46
• 2.3.1 系统设计难点33-35
• 2.3.2 系统原理与结构设计35-37
• 2.3.3 系统模块设计37-43
• 2.3.4 系统参数测定43-46
• 2.4 本章小结46-47
• 2.5 参考文献47-49
• 第三章 自动化光学成像系统设计49-64
• 3.1 前言49
• 3.2 系统成像原理49-52
• 3.2.1 系统设计难点49-51
• 3.2.2 成像光路设计51-52
• 3.3 系统设计与实现52-62
• 3.3.1 系统功能配置与参数52-57
• 3.3.2 工作流程57-58
• 3.3.3 通信模块58-60
• 3.3.4 系统软件60-62
• 3.4 本章小结62-63
• 3.5 参考文献63-64
• 第四章 图像分析与蛋白质的多元检测64-82
• 4.1 前言64
• 4.2 实验部分64-66
• 4.2.1 实验试剂与仪器64-65
• 4.2.2 微球表面修饰65
• 4.2.3 抗原检测反应65
• 4.2.4 蛋白质的多元检测65-66
• 4.3 图像分析66-78
• 4.3.1 图像匹配66-67
• 4.3.2 图像去噪67-69
• 4.3.3 图像增强69-71
• 4.3.4 图像识别71-75
• 4.3.5 数据分析75-78
• 4.4 实验分析78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 4.6 参考文献81-82
• 第五章 总结与展望82-84
• 致谢84-85
• 硕士期间参与发表的论文和专利85

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1 麦国荣;生物芯片与新药开发[J];生命科学仪器;2003年06期

2 ;领先世界的德国神经生物芯片研究[J];生命科学仪器;2003年Z1期

3 ;“生物芯片仪器研制”取得突破性进展[J];生命科学仪器;2004年03期

4 郭永,张正;生物芯片及其在临床医学中的应用[J];现代仪器;2001年05期

5 华晔,文波平;生物芯片的发展及应用[J];公安大学学报(自然科学版);2002年06期

6 徐美君;神奇的生物芯片玻璃[J];中国建材;2002年09期

7 ;生物芯片[J];南水北调与水利科技;2002年02期

8 ;我校成功研制出生物芯片点样机器人[J];北京航空航天大学学报;2003年10期

9 石岩,倪旭翔,陆祖康;生物芯片测试方法进展[J];光学仪器;2003年03期

10 ;神奇的生物芯片玻璃[J];中国建材科技;2003年02期

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1 邢婉丽;;生物芯片—二十一世纪革命性的技术[A];中国中西医结合学会第五届全国会员代表大会特邀学术报告文集[C];2000年

2 张先恩;;生物芯片研究概况[A];新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集[C];2001年

3 包家立;吴瑞英;;生物芯片寡核苷酸阵列设计方法的研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

4 程京;;用于生物信息采集的生物芯片系统开发[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

5 刘祥;韩焕美;鄢琴;颜红;刘洪波;肖守军;;多种检测模式硅基质生物芯片[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年

6 李创;陈天宁;梁恒;;生物芯片中的微流体特性[A];中国生物工程学会第三次全国会员代表大会暨学术讨论会论文摘要集[C];2001年

7 林兴兵;唐秋艳;刘丽;宋惠娟;王长江;胡兵;马新民;曹友声;;国内外生物芯片技术研究现状[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集（下册）[C];2004年

8 王振新;李桃;高晶清;;功能化金纳米粒子标记的生物芯片的构建及应用[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年

9 靳刚;王战会;孟永宏;夏陆华;;多元蛋白质光学芯片[A];第三届全国现代生物物理技术学术讨论会论文摘要汇编[C];2000年

10 文心田;曹三杰;肖驰;张焕容;;生物芯片及其在疫病中的应用研究[A];第六届全国会员代表大学暨第11次学术研讨会论文集（上）[C];2005年

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1 王春梅;本世纪最大产业：生物芯片及相关产品产业[N];中国医药报;2003年

2 温民能;国内生物芯片业如何跨越三道坎[N];中国医药报;2005年

3 黄明贤;生物芯片：从科学研究到产业化[N];光明日报;2006年

4 余运西;生物芯片“遭遇”热捧[N];健康报;2006年

5 任意;生物芯片：方寸之间显神通[N];经济日报;2007年

6 本报记者　徐丽莉　张红旗;生物芯片产业化前景光明[N];江苏经济报;2006年

7 金煜 黄明贤;生物芯片让芯片“活”起来[N];科学导报;2006年

8 记者 耿挺;如何治疗癌症 生物芯片说了算[N];上海科技报;2007年

9 岳伟;生物芯片：好“生”难“养”？[N];中国现代企业报;2006年

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1 邓宁;微阵列生物芯片分析方法研究[D];浙江大学;2007年

2 徐国雄;悬浮式生物芯片的测试技术研究[D];浙江大学;2005年

3 方焯;基于生物知识的生物芯片表达谱数据分析研究[D];华中科技大学;2006年

4 黄成军;基于介电电泳原理的生物芯片的构建及其在细胞分析中的应用研究[D];华中科技大学;2006年

5 王娟;生物芯片的微制备技术研究[D];吉林大学;2012年

6 王立强;双激光共聚焦生物芯片荧光分析仪的研究与开发[D];浙江大学;2004年

7 梁汝强;1.蛋白质微阵列技术平台建立及TORCH抗原芯片研制 2.一种新型microRNA检测芯片的研制 3.蛋白质溶液构象与解折叠[D];中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）;2006年

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1 杨浩;紫外生物芯片结构设计及制作方法研究[D];长春理工大学;2014年

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3 蒋益新;生物芯片共聚焦扫描仪关键技术研究[D];南京理工大学;2010年

4 邓宁;生物芯片图象分析方法的研究与应用[D];浙江大学;2004年

5 彭俊文;生物芯片技术应用现状及其发展对策研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2004年

6 罗磊;生物芯片激光共聚焦扫描仪硬件电路设计[D];华中科技大学;2005年

7 杨震宇;悬浮式生物芯片中的多通道同步数据采集[D];浙江大学;2007年

8 高文娟;艾滋和梅毒目视化同步检测生物芯片的研制[D];武汉大学;2005年

9 孙悦;用斜入射光反射差法无标记实时以及高通量探测生物芯片[D];河北大学;2013年

10 何建迪;活版印刷生物芯片原位合成系统研究[D];中南大学;2009年

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本文编号：1007609