可控CCD光学SPR生物分析仪设计及数据分析

发布时间：2017-05-23 13:26

  本文关键词：可控CCD光学SPR生物分析仪设计及数据分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光学表面等离子体共振(Surface plasmon resonance, SPR)生物传感技术是一种快速高效的生物敏感检测方法,具有免标记、非破坏、实时在线检测等特点,目前已经在食品安全分析、环境保护、临床医学、药物研究以及农业等方面得到广泛的应用。在生物分子相互作用过程中,光学SPR生物传感器能够实时监测生物分子间的反应速度和亲和力,对蛋白质功能分析、药物开发、基因组学和蛋白质组学的研究提供强有力的支持。光学SPR生物传感器能够实时在线监测抗原与抗体(配体与受体)之间的结合与解离过程,根据监测获得的结合与解离曲线对样品中耦联到生物敏感膜上的生物分子进行定量分析,通过曲线拟合计算得到生物分子相互作用的动力学数据和亲合力常数,对于研究生物分子相互作用的动力学过程具有重大意义。本论文介绍了一种新颖的可控CCD光学SPR生物分析仪的设计方案,成功构建了一个可控CCD光学SPR生物分析仪的检测机构；介绍了可控CCD光学SPR生物分析仪的结构组成、光电信号检测和数据处理算法。通过直流电机驱动一字线激光器在导轨上做变速往复运动,完成对蒸镀在棱镜端面的金膜角度扫描。通过计算分析SPR生物传感器的灵敏度,采用直角棱镜结构代替传统的等边三角棱镜结构,既便于安装与调节,又避免了对入射光线的角度干涉的限制。采用霍尔传感器A44E检测一字线激光器的位移信号,然后传输给单片机STC89C51进行计数,利用Keil C软件对单片机STC89C51进行编程,通过中断信号控制面阵CCD图像数据的采集,实时记录采集图像的时间、位置等信息。利用限幅滤波、中值滤波和基于动态基线一阶矩算法等方法对采集得到的图像数据进行处理,以获得光学SPR共振最低点。采用体积分数为10%、25%、30%、40%、50%和60%的乙醇溶液对可控CCD光学SPR生物分析仪的性能进行实验验证,获得光学SPR共振像素位点与乙醇体积分数之间的对应关系曲线。结果表明：可控CCD光学SPR生物分析仪在检测乙醇溶液的体积分数上具有很好的线性关系与较高的灵敏度,相关系数为0.9988,灵敏度可达845.60(共振像素位点/乙醇体积分数)。本论文提出了一种新颖的基于Gauss-Newton算法的Marquardt算法对生物分子相互作用的动力学数据进行分析。首先建立生物分子相互作用的准一级动力学方程,然后对乙型肝炎表面抗原与抗体分子的相互作用数据由自制的生物分析仪获得,最后使用准一级动力学模型的Marquardt算法对实验结果进行非线性拟合,从而获得抗原与抗体分子相互作用的结合和解离常数,结果表明Marquardt算法不但能够有效降低对初始值的依赖性,也大大降低了迭代次数。对可控CCD光学SPR生物分析仪的研究,适应了生物分析仪便携化的发展要求,不仅解决了一字线激光器角度扫描式光学SPR生物分析仪中面阵CCD的采集频率与激光器速率不匹配而产生拖影现象,而且解决了采集图像数据量过大造成面阵CCD采集停滞现象的发生,大大提高了检测效率与测试精度。随着面阵CCD技术的不断创新且广泛应用于快速检测,面阵CCD图像采集可以方便地满足多通道及多种物质检测的要求,因此可控CCD光学SPR生物分析仪具备广阔的发展前景。
【关键词】：光学SPR生物分析仪 可控CCD 霍尔传感器 直角棱镜 动态一阶矩算法
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q-337
【目录】：

• 致谢4-7
• 摘要7-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 引言8-10
• 1.2 光学SPR生物分析仪构建方法10-11
• 1.2.1 常见光学SPR生物分析仪设计方法10
• 1.2.2 便携式光学SPR生物分析仪基本思路10-11
• 1.3 可控CCD光学SPR生物分析仪11-13
• 1.3.1 激光器运动位移控制传感器11-12
• 1.3.2 控制方式12-13
• 1.4 论文研究内容13
• 1.5 论文创新点13-14
• 1.6 论文章节结构14-15
• 2 光学SPR生物传感器15-22
• 2.1 光学表面等离子体的产生及其特性15
• 2.2 光学SPR生物传感器敏感原理15-20
• 2.3 光学SPR生物传感器的调制方法及性能参数评价20-21
• 2.4 小结21-22
• 3 可控CCD光学SPR结构及设计22-26
• 3.1 霍尔传感器22-23
• 3.2 不连续采样控制电路设计23-25
• 3.2.1 硬件设计23-24
• 3.2.2 软件设计24-25
• 3.3 小结25-26
• 4 面阵CCD光谱采集系统设计26-33
• 4.1 面阵CCD26-27
• 4.2 面阵CCD的信号转换27-28
• 4.3 控制电路设计28-31
• 4.4 实验结果及结论31-32
• 4.5 小结32-33
• 5 光学SPR信号处理及算法33-36
• 5.1 数字滤波算法33-34
• 5.2 基于动态基线一阶距算法34-35
• 5.3 小结35-36
• 6 可控CCD光学SPR生物分析仪整体设计及实验36-43
• 6.1 基本思路36-37
• 6.2 棱镜的选择37-38
• 6.3 机构的设计及制造38-39
• 6.4 实验结果与结论39-42
• 6.5 小结42-43
• 7 SPR动力学分析43-50
• 7.1 可控CCD光学SPR生物分析仪的动力学分析43-49
• 7.2 小结49-50
• 8 总结与展望50-51
• 8.1 论文研究内容总结50
• 8.2 创新点50
• 8.3 今后的工作展望50-51
• 参考文献51-58
• 英文摘要58-60
• 硕士期间发表的论文及专利60

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周蕾,纪军,杨瑞馥;上转磷光技术在快速生物分析中的应用[J];生物技术通报;2003年03期

2 鲁兴树;用生物分析法做水质调查实验[J];生物学通报;2001年06期

3 冯蕾;孟庆青;杨海莎;朱云婷;陈晓静;;固相微萃取-液相色谱联用在生物分析中的新策略[J];实验技术与管理;2011年11期

4 王秋泉;;基于电感耦合等离子体质谱的生物分析[J];色谱;2013年12期

5 葛凤燕,闫喜龙,潘惠英,周小丽,陈立功;荧光素类探针在生物分析中的研究进展[J];分析化学;2005年08期

6 王娟;杨秀荣;;双偏振干涉测量技术在生物分析方面研究应用进展[J];分析化学;2008年09期

7 林;;“空间多指标生物分析仪器开发与应用”重大专项启动[J];化学分析计量;2013年02期

8 韦荣编,邱高峰,张源;几种常用生物分析软件的特点及其使用简介[J];生物技术通报;2003年03期

9 于黎娟;禚林海;唐波;;纳米金光学探针的生物分析应用新进展[J];分析科学学报;2010年06期

10 谷峪;侯彩霞;韩利华;梁英华;;纳米粒子探针及其在生物分析中的应用[J];材料工程;2010年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张放;邵华;;微流控芯片在生物分析中的应用研究进展[A];山东省微量元素科学研究会第三届学术研讨会论文汇编[C];2006年

2 杨秀荣;王娟;;双偏振极化干涉测量技术在有机和生物分析的应用[A];中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集[C];2007年

3 赵伟洁;商云岭;邬建敏;;用于非标记生物分析的多孔硅微孔阵列芯片[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年

4 侯巍;王丽萍;徐淑坤;;量子点的荧光共振能量转移在生物分析中的应用[A];第十届全军检验医学学术会议论文汇编[C];2005年

5 崔华;沈雯;;发光功能化的纳米探针及其分析应用[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年

6 向娟;王建秀;周飞艨;;联用技术在生物分析中的应用[A];第四届海峡两岸分析化学学术会议论文集[C];2006年

7 赵元弟;骆清铭;;纳米荧光颗粒在生物分析中的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 宋世平;樊春海;;纳米金生物复合探针的构建及其在生物分析中的应用[A];中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集[C];2007年

9 夏媛媛;司端运;刘昌孝;;FDA生物分析方法确证的发展与动态[A];第九届全国药物和化学异物代谢学术会议论文集[C];2009年

10 王雪;邱建备;尹兆益;宋志国;;近红外荧光探针在生物分析中的应用进展[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 通讯员 胡琼　记者 何国庆;探讨生物分析技术等领域新进展[N];湖南日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王艳艳;功能化生物传感界面的构建及其在生物分析中的应用[D];南开大学;2010年

2 卢晋;基于表面等离子体的电化学技术在生物分析中的应用[D];清华大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 曹百穹;可控CCD光学SPR生物分析仪设计及数据分析[D];河南农业大学;2015年

2 卿萌;石墨烯基电化学传感器的生物分析应用[D];湖南大学;2013年

3 毕燕;YBO_3：Tb荧光分子探针的制备及其在生物分析中的应用[D];东北大学;2010年

  本文关键词：可控CCD光学SPR生物分析仪设计及数据分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：388101