光寻址电位传感器读出系统的微型电路模组设计

摘要

随着家庭医疗的观念普及，医疗保健与照顾、预防已经成为现今最重要的课题。随着经济发展的加速，医疗品质的需求也逐渐提升，同时居家医疗相关的医疗电子设备的需求量增加，带动了具有高效能、微型化可携带式与低成本的生物医疗相关产业。
　　光寻址电位传感器（Light-addressable Potentiometric Sensor，LAPS）是一种基于场效应半导体的无需荧光等标记的二维化学影像传感器。本论文将LAPS传感系统应用锁相放大器、信号发生器等大型实验室仪器中所需的功能成功集成于一块LabVIEW-FPGA开发板上。本论文通过LabVIEW-FPGA实现了LAPS输入部分的控制：为激光器提供所需的电压和频率；为参考电极提供可设定最大值、最小值、步进和延时的阶梯波；为微镜控制板提供所需的电压、方波控制和偏转角度信息等。LAPS输出部分首先通过了多级放大及滤波，基本达到了检测结果所需要的精确度。这一部分主要使用的滤波方式为锁相放大滤波法。其后，通过LabVIEW自带的绘图功能及内建 Matlab的功能绘制所需的光电流-偏压曲线及二位化学影像。此外还实现了存储的功能方便后续所需的其它分析的进行。
　　本论文突破性的实现了 LAPS系统的同步化。实现了系统所有参数统一控制，极大的化简了操作过程。通过同步化，本论文彻底解决传统LAPS传感系统中检测过程中仅收取光电压信息，图像生成需后续人工进行光电压和与其对应坐标的绑定的繁琐过程，实现二维化学影像实时显示的目标。
　　本论文将展示微型化后的LAPS系统的测量结果、与原有系统测试结果的对比、静态二维化学成像以及动态二维化学成像等。

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第一章 绪论

1.1光寻址电位传感器简介

1.2 LAPS的发展现状

1.3本论文的主要工作和意义

1.4本章小结

第二章 LAPS原理结构

2.1 LAPS工作原理

2.2 EIS结构检测原理

2.3 LAPS结构

2.4本章小结

第三章 LAPS的微型化研究及本论文微型化设计目标

3.1光寻址电位传感器的微型化研究

3.2基于LabVIEW-FPGA实现LAPS微型化设计目标

3.3本章小结

第四章 LabVIEW-FPGA测试结果和同步化的实现过程

4.1本实验室原有LAPS系统简介

4.2基于LabVIEW-FPGA微型化系统的测试结果

4.3同步化的实现过程

4.4微型化系统与原系统测量结果对比

4.5微型化系统的最终成品

4.6本章小结

第五章 LAPS微型化系统测试结果

5.1频率响应

5.2 pH偏移测试

5.3静态二维化学影像成像

5.4动态二维化学影像成像

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢