基于智能移动设备的非接触式生物传感器的研制

摘要

非接触式技术在生物传感器中具有广泛的应用，它与生物传感器的结合，避免了直接接触造成的二次污染，省去了更换相关装置的麻烦，降低了实验和观测的成本，增加了传感器应用场合的灵活性，使得24小时连续监测成为可能。但是目前的非接触式技术比较复杂，与之结合使用的电路单元或者仪器设备较为庞大，不便于随身携带，基于智能移动设备的非接触式技术与生物传感器结合，是医疗健康领域技术发展的一个重要方向。
　　本文中，我们将智能手机与非接触式技术结合起来应用于生物传感器中，制备出更加智能化、小型化的生物传感器。研究工作的内容可分为以下三个部分:
　　一、在传感器的信号检测环节，利用基于手机摄像头的光学检测，并应用在唾液淀粉酶检测中。设计了用于唾液淀粉酶检测的纸芯片并选择EPS速率法进行淀粉酶检测;开发了基于android手机的用于芯片比色检测的APP，选择合适的算法对目标区域进行识别和检测。制备出的芯片可以进行批量生产，且这种检测方法不受检测样品数量的限制。
　　二、在传感器的能量供应环节，利用电磁感应无线充电技术为分析芯片供电，并应用于乳酸检测中。从提高无线传输效率的角度入手,设计了能量发射电路、接收电路及无线PCB线圈，制作出在传输距离5mm以内，输出电压在0.9～1.5V之间的无线充电系统;设计了基于电致变色的传感器阵列，调节电致变色材料普鲁士蓝中存储的电量控制乳酸的检测限;制备的乳酸检测芯片可以直接通过裸眼读取普鲁士蓝点阵变无色的个数进行半定量检测。
　　三、在传感器的信号传输环节，利用无线WiFi技术进行离子浓度的检测，设计了可穿戴设备的雏形。利用柔性PCB板制作了离子检测传感器的数据采集和传输电路，利用手机WiFi接收传输的数据进行计算和显示，并传输至服务器进行存储。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物传感器概述

1．1．1 生物传感器的分类

1．1．2 酶生物传感器

1．1．3 电化学生物传感器

1．2 非接触式技术在生物传感器中的应用

1．2．1 非接触技术在传感器结果检测方面的应用

1．2．2 非接触技术在传感器信号传输的应用

1．3 本论文的主要研究工作

参考文献

第二章 基于手机摄像头的光学检测在唾液淀粉酶检测的应用

2．1 前言

2．2 系统设计与实现

2．2．1 系统总体设计

2．2．2 芯片方案选择与设计

2．2．3 摄像头检测算法设计与实现

2．3 结果与讨论

2．3．1 标准曲线的确定

2．3．2 芯片的唾液淀粉酶检测

2．3．3 该检测方法的优势

2．4 本章小结

参考文献

第三章 基于手机的无线充电在乳酸检测中的应用

3．1 前言

3．2 系统总体设计

3．3 无线充电设计

3．3．1 无线充电原理与方案选择

3．3．2 无线充电电路设计

3．4 芯片设计

3．4．1 实验试剂和仪器

3．4．2 芯片制备

3．4．3 芯片使用

3．5 结果与讨论

3．5．1 无线充电电路性能测试

3．5．2 普鲁士蓝电沉积结果分析

3．5．3 芯片的乳酸检测

3．5．4 芯片的优点

3．5．5 电池传感一体式分析芯片

3．6 本章小结

参考文献

第四章 基于手机的WiFi技术在离子检测中的应用

4．1 前言

4．2 系统设计

4．2．1 系统总体设计

4．2．2 数据采集部分设计

4．2．3 客户端设计

4．2．4 服务器端搭建

4．3 结果与讨论

4．3．1 ADC准确性测试

4．3．2 客户端功能测试

4．3．3 传感器用于离子检测

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

致谢

硕士期间参与发表的论文和专利