基于量子点生物芯片的荧光信号采集与处理系统研究

摘要

随着生物科技的发展，人类对健康的认知逐渐深入，对生物芯片检测技术的研究也越来越深入。生物芯片检测技术是指通过带荧光标记的蛋白质分子与抗体结合杂交来获取生物信息的技术。检测过程中会将对荧光信号进行采集和处理，在采集信号的过程中，光谱数据会受到各种噪声的干扰，使采集到的信号有一定的误差，这也就成为影响检测精度的主要原因。
　　本研究通过对量子点光谱信号处理基本原理的分析，以及对荧光光谱信号采集与数据处理技术的研究，根据市场应用和实验研究的需求，设计一款量子点生物芯片光谱分析与检测系统。介绍了检测系统中的机电控制模块、系统检测模块、数据采集模块和光谱处理模块。通过对应用平台、位移电机、下位机控制器以及模块间通信方式的选择最终选定最佳方案，完成系统整体设计。通过研究伺服控制模式与分析PID控制原理，以及对改进型PID的设计来完成检测过程中对每个量子点进行精确定位，可以保证采集的每个量子点光谱数据精准。通过对位置计算算法的设计，实现了光谱检测更加智能化、简单化、快捷化、准确化。荧光信号采集的方式是采用USB通信，对光谱数据进行采集，经过软件设计和算法实现了采集准、误差少、时间快等优点，并且实现了荧光光谱信号的实时采集与信号处理进程之间的通信。通过对光谱数据的处理，如标定最强中心波长和光强、全值半宽等来分析抗原-抗体杂交结合情况，最终绘出光谱图、偏振角图等，得出实验结论。最终实现了大量光谱数据的高效读取和存储。

目录

第一章 绪 论

1.1 论文研究的背景与意义

1.2 生物芯片国内外研究现状

1.3 光谱仪器及检测技术简介

1.4 选题依据

1.5 论文章节安排

第二章 光谱检测系统整体设计

2.1 检测系统需求分析

2.2 系统整体设计

2.3 系统模块

2.4 模块间通信方式

2.5 本章小结

第三章 伺服控制模式的研究

3.1交流伺服系统的构成

3.2 位置控制模式

3.3 速度控制模式

3.4 PID控制原理

3.5 本章小结

第四章 光谱信号采集系统

4.1 光谱信号采集基本原理

4.2 采集硬件平台的总体设计

4.3信号采集软件设计

4.4 信号的实时采集与信号处理之间的通信

4.5本章小结

第五章 光谱信号处理与分析软件设计

5.1光谱处理基本原理

5.2 用户界面设计

5.3 单元模块设计

5.4 检测结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

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