基于微流控芯片的图像流式细胞仪设计

摘要

图像流式细胞仪是一种用来检测生物细胞的，尤其是用在统计细胞数量、检测细胞状态等方面的当前较为流行的生物细胞检测仪器。但是这种仪器的造价昂贵、体积庞大、结构复杂，并不适用于普通生物实验室所要完成的细胞观察及分类计数等简单任务。所以急需设计出一种能够对普通生物实验室显微镜进行功能升级的图像流式细胞仪。
　　本论文中设计了一种新的基于微流控芯片及显微镜的图像流式细胞仪，该图像流式细胞仪以微流控芯片为样品平台，通过单片机控制样品平台移动，实现样品视野的转换，结合普通显微镜实现微流控芯片内细胞图像的自动获取，通过PC机端的图像处理算法及软件实现细胞的轮廓跟踪、识别和计数。本系统具有样品需求量小、快速、准确、成本低等优点，可以将实验室的普通显微镜升级成为图像流式细胞仪，克服现有商用化图像流式细胞仪价格昂贵、不便普及等缺点。
　　本文的主要内容包括系统的设计，软硬件测试和应用:
　　(1)按照系统的检测原理对检测系统进行设计和搭建，本系统具有硬件和软件两个部分。其中，硬件部分主要由显微镜及摄像头、微流控芯片、步进电机控制模块、系统机械结构等构成。软件部分主要包括拍摄软件和图像处理软件，图像处理软件用C++语言在VC++6.0开发平台下编写，包括图形处理、文件管理、软件界面等功能模块。
　　(2)完成了对本系统硬件部分的测试，主要是对由单片机控制的移动平台模块进行测试。在测试中，显微镜视野下的样品随芯片移动的距离主要由目镜及物镜的放大倍数、步进电机转动圈数及螺杆的螺纹间距所决定。经过对这些参数的计算和进行实验，得到了灵活准确的样品移动效果。
　　(3)完成了对本系统软件部分的准确性的测试，主要包括对不同大小的颗粒的分类计数结果的测试，对人体血液样品中的红细胞的计数结果的准确程度测试和对海藻细胞浓度检测功能的测试。对不同大小颗粒测试的主要作用是评价系统对体积不同的细胞进行检测时的分类识别能力。对海藻细胞和血液细胞样品的测试体现系统对样品液浓度检测和计算的准确程度且体现了本系统的生物学意义。检测结果表明:本系统能够快速准确地完成分类、计数和浓度计算等任务。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 细胞检测的意义及方法

1．1．3 图像流式细胞术

1．1．4 微流控芯片技术

1．2 研究目的及内容

第2章 基于微流控芯片的图像流式细胞系统硬件设计

2．1 图像流式细胞系统的总体设计

2．2 系统硬件的总体设计

2．3 微流控芯片的设计

2．3．1 结构设计

2．3．2 样品驱动

2．3．3 芯片制备

2．4 显微移动平台的控制

2．4．1 显微镜的视野计算

2．4．2 样品移动距离的计算

2．4．3 显微移动平台控制系统的硬件设计

2．5 机械结构设计

2．6 本章小结

第3章 基于微流控芯片的图像流式细胞系统软件设计

3．1 系统软件的总体设计

3．2 细胞分割的算法研究

3．2．1 不同细胞分割算法的比较

3．2．2 一种改进的轮廓提取算法

3．3 软件系统各功能模块的设计

3．3．1 图像处理模块

3．3．2 文件管理模块

3．3．3 软件界面模块

3．4 本章小结

第4章 系统的实验测试

4．1 系统硬件测试

4．1．1 显微平台的移动测试

4．1．2 颗粒成像测试

4．1．3 细胞成像测试

4．2 系统软件测试

4．3 实际样品的对比测试

4．3．1 标准的细胞计数方法

4．3．2 微藻细胞的计数对比测试

4．3．3 血细胞的计数对比测试

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介