光子晶体编码微球生物芯片检测系统研究

摘要

随着高新技术发展与医学科学进步，医学检验模式也从手工化专业人员操作、仪器设备复杂、远离现场的传统模式逐步向着仪器小型化、操作简便化、自动化、能实时检测的新型模式发展。POCT（Point Of Care Test，现场检测）正是在这样的医学检验背景下出现的一种新型检验手段。论文整合光子晶体编码微球、荧光显微成像、自动控制和数字图像处理等多项技术，设计并制造一种用于多元生物检测的POCT设备——基于光子晶体微球阵列芯片的生物检测系统，该系统具有体积小、速度快、自动化程度高和准确性好等特点，实现了简便的多元高通量生物检测。研究工作的内容可分为三大方面:
　　荧光显微成像系统设计。设计了一种针对荧光编码微球生物芯片的小型荧光显微成像系统，对系统的荧光光源、光路和滤光片组等模块进行了设计和优化，使其分辨率、放大率和景深等光学特性符合检测需求。这些工作为高通量快速检测奠定了基础。
　　自动控制系统设计。依据光子晶体微球阵列生物芯片检测原理，设计了合理的自动检测流程。通过控制滤光片转轮、光源和CCD摄像头，使检测过程高度自动化，显著提高了检测速度、准确度和可重复性。
　　生物芯片图像处理软件设计。针对生物芯片图像数据量大、样点密度高且不规则、噪声干扰强且对比度低等特点，设计了自动化的图像处理流程。首先对生物芯片图像去噪、增强，然后依据样点特征进行统计识别，最后设计算法获得样点编码信息，完成数据自动化提取。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 POCT技术发展现状

1．1．1 POCT的概念

1．1．2 POCT应用技术的发展

1．1．3 POCT面临的挑战

1．2 生物芯片检测技术

1．2．1 基因芯片

1．2．2 蛋白芯片

1．2．3 芯片实验室

1．2．4 组织芯片

1．2．5 细胞芯片

1．2．6 糖芯片

1．3 光子晶体编码技术

1．3．1 常用编码方法

1．3．2 光子晶体

1．3．3 光子晶体编码技术

1．4 论文概述和章节安排

第二章 荧光显微成像系统设计

2．1 成像系统光路设计

2．1．1 荧光显微镜结构

2．1．2 系统功能配置

2．2 光学参数计算

2．2．1 分辨率

2．2．2 放大率

2．2．3 景深

2．3 本章小结

第三章 自动控制系统设计

3．1 Thorlabs滤光片转轮控制

3．1．1 MSComm串行通信控件

3．1．2 Thorlabs滤光片转轮控制命令行

3．1．3 Thorlabs滤光片转轮控制程序设计

3．2 基于USB接口的光源控制模块

3．2．1 USB的基本特性与Cypress FX2 CY68013芯片

3．2．2 光源控制系统设计

3．3 自动图像采集程序设计

3．3．1 实时显示程序设计

3．3．2 样品拍照程序设计

3．4 本章小结

第四章 生物芯片图像数据提取软件设计

4．1 生物芯片图像

4．1．1 生物芯片图像的获取

4．1．2 生物芯片图像的特点

4．2 生物芯片图像预处理

4．2．1 生物芯片图像去噪处理

4．2．2 生物芯片图像增强算法及实现

4．2．3 生物芯片图像二值化处理

4．3 生物芯片样点识别

4．3．1 形态学样点识别

4．3．2 基于连通域的样点识别

4．4 生物芯片数据提取

4．4．1 荧光强度检测

4．4．2 芯片编码识别

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间参与发表的论文