便携式免疫层析试纸条检测仪的设计与实现

摘要

胃癌是威胁人类生命健康的最常见恶性肿瘤之一,其发病率和死亡率分别居恶性肿瘤的第4位和第2位。在我国,胃癌的发现多数已经处于进展期,胃癌的早期诊断率还不到10％。而早期诊断出胃癌,其生存率比进展期胃癌要高很多。做好胃癌的早期诊断可以从病因学出发,幽门螺旋杆菌的感染和胃癌的流行度呈正相关,而表达毒素相关蛋白A的幽门螺旋杆菌则会更容易致癌。因此,检测毒素相关蛋白A对于胃癌的预警和早期诊断具有重要意义,而建立准确快速检测方法则显得尤为必要。 免疫层析技术凭借其简便、快速、特异性强和适合现场筛选的优势,已成为检测疾病标志物、食品毒素残留、药物残留和环境污染物等的重要手段。传统的免疫层析检测只能给出定性的结果,越来越多的研究开发定量检测设备分析标志物的具体浓度。利用纳米粒子光致发光的特点,将其与生物分子结合,作为免疫层析试纸条上的荧光标记物。量子点发射高强度和稳定的荧光,在免疫层析检测超低浓度分子领域具有很好的应用前景。 目前,大部分定量检测设备的光学系统都是基于CCD成像的,其优点是单次采集,成像速度快,缺点在于需要经过图像处理和CCD传感器分辨率的局限性限制了设备的检测灵敏度。本文针对基于CCD成像系统的不足,利用基于发光二极管、光敏晶体管和共聚焦技术相结合的光学传感器,配合步进电机模块,实现了对量子点标记的免疫层析试纸条荧光信息实时激发与转换,并直接将荧光强度数值化,消除了后续图像处理中的误差,提高了检测精度。另外,为了让检测仪方便使用于更多场合,本文基于嵌入式设计原理,利用STM32微控制器控制荧光信息的采集和步进电机的运转,驱动彩色LCD显示人机交互界面,采用标准XMODEM通讯协议与上位机实现数据传输。针对检测仪的功能需求选择合适的硬件,然后进行电路设计和软件开发,最后测试样机的各模块功能。研制的样机定量分析了免疫层析试纸条检测毒素相关蛋白A的结果,完成了初步的实验探索。 本文开发的便携式免疫层析试纸条检测仪完成了预期的设想,共聚焦原理的光学传感器弥补了基于CCD成像系统的不足,嵌入式技术的应用大大缩小了检测仪的体积并增强了设备的可移动性和便携性。制作的样机,达到了设计要求。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2嵌入式系统概述

1.3国内外研究进展和动态

1.4本文的出发点及内容

第二章 量子点免疫层析试纸条检测技术的研究

2.1量子点免疫层析技术

2.2本章小结

第三章 仪器总体设计方案

3.1仪器设计目标

3.2光学传感器模块

3.3微控制器模块

3.4机械传动模块

3.5微型打印机模块

3.6 LCD显示屏模块

3.7软件开发方案

3.8本章小结

第四章 硬件电路设计

4.1微控制器最小系统电路

4.2硬件接口电路设计

4.3主控制板PCB设计

4.4本章小结

第五章 系统软件开发

5.1嵌入式操作系统μC/OS II概述

5.2软件系统架构

5.3主要模块程序的设计

5.4 本章小结

第六章 系统的运行与实现

6.1仪器安装

6.2整机运行结果

6.3步进电机模块调试结果

6.4微型打印机模块调试结果

6.5上位机通讯模块调试结果

6.6实验及结果

6.7本章小结

第七章 总结与展望

7.1全文总结

7.2工作展望

参考文献

致谢

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