基于ZigBee协议的QCM免疫传感器网络在癌症标志物检测中的应用研究

发布时间：2017-04-14 01:19

  本文关键词：基于ZigBee协议的QCM免疫传感器网络在癌症标志物检测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近20年来,我国癌症患者呈现出年轻化的趋势,且癌症的发病率和死亡率不断走高。提高癌症的早期发现率是人们攻克癌症最迫切的需求,而发现早期癌症最有效的办法是对癌症标志物进行检测。目前临床上检测癌症标志物的方法具有很多的局限性,如依赖大型仪器、成本高、不够快速敏感等。本文提出了一种新方法：运用新型的传感器测量技术——石英晶体微天平(QCM)技术,并将其与纳米材料和生物固定化技术相结合制造了固定化癌症标志物抗体的纳米ZnO修饰的QCM免疫传感器,并将其应用于癌症标志物的检测；同时将该QCM免疫传感器与传感器网络相结合,构建QCM免疫传感器网络实现对癌症标志物的实时、远程监测。针对这一研究课题,本文首先基于ZigBee协议构建了QCM免疫传感器网络,该网络的拓扑结构为星型,网络中协调器和终端节点均采用TI的CC2530芯片。终端节点与QCM免疫传感器相连实现对QCM输出频率的测量,并通过ZigBee网络把频率数据无线传输给协调器,协调器通过串口把接收到的频率数据传输给上位机PC进行分析处理。本文将该QCM免疫传感器网络应用于C-反应蛋白(CRP)检测实验和乳腺癌标志物CA15-3检测实验中。在CRP检测实验中,制造了固化anti-CRP的四针状纳米氧化锌QCM传感器,该传感器的制造过程为：制备四针状纳米ZnO(热蒸发法),四针状纳米ZnO修饰QCM电极(滴涂技术),anti-CRP的固定化(改进的物理吸附法)。实验中,将该传感器应用于本文构建的传感器网络中。在CA15-3检测实验中,制造了固化CA15-3抗体的ZnO纳米棒QCM传感器,针对上一实验传感器制备中存在的不足(高温操作、成本高、纳米薄膜不牢固等),改进传感器的制造过程为：直接在QCM电极上生长出ZnO纳米棒薄膜(湿化学方法),CA15-3抗体的固定化。本实验同样结合了传感器网络,实现对CA15-3的实时、远程监测。两个实验中获取的实验数据均显示相应传感器具有良好的稳定性、线性、可再现性、特异性且响应速度快。本课题是在国家自然科学基金项目(61101060)支持下完成的。我希望,本文的研究工作能够加快QCM传感器在癌症标志物临床检测中的应用；且基于该研究能扩展出远程医疗监护系统,实现对癌症病人的实时、远程监护。
【关键词】：石英晶体微天平 免疫传感器 癌症标志物检测 无线传感器网络 ZigBee协议
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 癌症与癌症标志物检测15-16
• 1.2 QCM免疫传感器16-18
• 1.2.1 免疫传感器简介16-17
• 1.2.2 基于石英晶体微天平(QCM)的免疫传感器17-18
• 1.3 纳米材料应用于免疫传感器18-19
• 1.4 无线传感器网络19-22
• 1.4.1 无线传感器网络简介19-21
• 1.4.2 无线传感器网络应用于生物医疗21-22
• 1.5 课题的提出与主要工作内容22-25
• 1.5.1 课题的提出22-23
• 1.5.2 主要工作内容23-25
• 第二章 实验原理与相关技术25-35
• 2.1 ZigBee技术研究25-30
• 2.1.1 ZigBee网络拓扑结构25-26
• 2.1.2 ZigBee协议分析26-29
• 2.1.3 服务原语29-30
• 2.2 QCM基本原理与应用30-33
• 2.2.1 石英晶体压电效应30-31
• 2.2.2 QCM工作原理31-33
• 2.2.3 QCM免疫传感技术33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 基于ZigBee协议的QCM传感器网络的设计与研究35-48
• 3.1 QCM传感器网络模块设计35-37
• 3.2 ZigBee网状结构的实现37-41
• 3.2.1 ZigBee协议栈OSAL运行机理38-39
• 3.2.2 协调器节点程序39-40
• 3.2.3 传感器终端节点程序40-41
• 3.3 QCM传感器终端节点频率测量的实现41-43
• 3.4 系统测试43-46
• 3.4.1 频率测量43-44
• 3.4.2 ZigBee星型网组网测试44-45
• 3.4.3 串口传输测试45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 用四针状纳米ZnO修饰的QCM传感器网络对C-反应蛋白进行无标记检测48-60
• 4.1 研究背景48-49
• 4.1.1 C-反应蛋白在癌症中的临床重要性48-49
• 4.1.2 CRP检测方案的提出49
• 4.2 实验49-52
• 4.2.1 材料与试剂49
• 4.2.2 CRP检测系统49-50
• 4.2.3 四针状纳米ZnO的制备50-51
• 4.2.4 四针状纳米ZnO修饰QCM51-52
• 4.2.5 C-反应蛋白抗体的固定化52
• 4.3 结果与讨论52-58
• 4.3.1 检测CRP的传感原理52-53
• 4.3.2 微镜下四针状纳米ZnO的特性53-54
• 4.3.3 传感器的稳定性54-55
• 4.3.4 CRP检测实验中传感器性能分析55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 ZnO纳米棒修饰的QCM传感器网络用于乳腺癌标志物CA15-3的检测60-73
• 5.1 研究背景60-62
• 5.1.1 CA15-3的临床意义60-61
• 5.1.2 CA15-3检测方案的改进61-62
• 5.2 实验62-66
• 5.2.1 材料与试剂62-63
• 5.2.2 CA15-3检测系统63-64
• 5.2.3 ZnO纳米棒修饰QCM64-65
• 5.2.4 CA15-3抗体的固定化65-66
• 5.3 结果与讨论66-71
• 5.3.1 显微镜下ZnO纳米棒的特性66-67
• 5.3.2 传感器的稳定性67-68
• 5.3.3 CA15-3检测实验中传感器性能分析68-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 总结和展望73-76
• 6.1 本文工作总结73-74
• 6.2 对未来的展望74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间的科研工作80-81
• 致谢81

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本文编号：304907