基于LabVIEW的光学SPR生物传感器的数据采集与分析系统研究

摘要

光学表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)传感技术是一项新兴的生物化学检测技术。光学SPR传感技术具有免标记检测、实时监测生物反应的动力学过程、无损检测等独特的优点,在药物筛选、环境监测、生物医学、毒品及农业等许多重要领域具有广阔的应用前景。通常,国际上光学SPR生物传感器数据采集与分析系统由专用的嵌入式数据采集器与PC机联用而实现,由嵌入式微处理器完成大量的光电数据采集与处理工作,而基于PC机的软件部分仅完成后续信号的传输与显示,此外,光学SPR生物分析仪与PC机的通信接口采用的是RS-232标准接口,这样,不利于实现生物分析仪的小型化,且在PC机上无法实现光学SPR生物分析仪的仪器化。随着虚拟仪器技术的发展,利用虚拟仪器技术实现数据的采集和传输、数据的格式转换、共振位点的求解和参数设置等数据处理工作具有高效、易于维护等强大的优势。因此,研究基于虚拟仪器技术的光学SPR生物分析仪的数据采集与分析系统具有重大的实用价值。
　　 本系统设计的关键是基于虚拟仪器概念进行了光学SPR生物分析仪的创新设计。论文围绕光学SPR生物传感器的数据采集与分析系统设计,系统地研究了光学SPR生物传感器的工作原理及实现方法,光学SPR生物分析仪国内外研究现状及发展趋势,虚拟仪器技术在测试测量仪器中的作用以及虚拟仪器实现技术；提出了一种基于虚拟仪器技术实现数据采集与分析的设计方法,采用美国Ti公司的集成式光学SPR传感器TSPR1K23获取光电信号；以嵌入式微控制器为核心设计了前端数据采集系统；采用USB—UART桥接芯片CP2102设计仪器与PC机通信接口；然后采用虚拟仪器开发平台—LabVIEw编写虚拟仪器面板-HPSPR8000,完成了光学SPR生物分析仪的前端数据采集系统的数据采样和处理,实现了包括数据采集、数据处理、实时显示及曲线存储等功能。论文用不同体积分数的乙醇对虚拟仪器型光学SPR生物分析仪-HSPR8000软件进行实测实验,实验结果表明虚拟面板操作方便,能够友好地实时显示光学SPR共振曲线及响应曲线,检测灵敏度可达1×10-6折射率单位(RIU)。