悬浮式生物芯片检测系统中光学系统的研究

论文摘要

生物芯片技术是将大量的生物反应信息以及许多不连续的分析过程集成在一个芯片上，从而实现对生物大分子的准确、快速和大信息量的检测和分析，能在很短的时间内完成上万次的生物化学反应检测，具有高通量、高集成度、并行分析、微型化的优点。 从探索新的检测方式到发展出新型的生物芯片，人们在不断的改进发展生物芯片技术。发展出了微阵列式生物芯片以及悬浮式生物芯片。 悬浮式芯片的独特设计使得它拥有常规的检测方法所不具备的特点，本课题在现有的悬浮式生物芯片技术的基础上提出了一种全新的检测技术方案：采用独特的液流装置使微球体并行流过二维的检测区域；采用脉冲氙灯瞬时曝光照明，配合CCD连续进行凝结成像，以获取荧光信息图像。系统可以实现不间断的大通量并行检测，大大的提高检测速度。 本论文的内容：首先，对悬浮式生物芯片检测系统的总体结构和工作流程进行初步分析，总结各组分单元的技术研究要点；然后，对检测系统中的光学系统部分进行细致的研究分析，将其分为照明系统、荧光收集成像系统、滤色系统三个部分，针对光学性能提出要求，为光学系统的具体设计实施给出理论基础，并根据理论分析对检测系统进行设计；文章着重针对照明系统进行分析，为了更有效的进行照明系统的设计，在计算机中建立模型，再计算机模拟的辅助下，提出并改进设计方案，并付诸实施。文章最后给出整个系统的实施检测结果，在对这些结果进行分析的基础上，评价现有方案，提出改进意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 论文背景
• §1.1.1 生物芯片的种类及相应分析仪的典型结构
• §1.1.1.1 微阵列式生物芯片及其分析仪的典型结构
• §1.1.1.2 悬浮式生物芯片及其分析仪的典型结构
• §1.1.2 本课题研究的新型的悬浮式生物芯片分析系统
• §1.2 本论文研究内容
• 第二章 本课题研究的悬浮式生物芯片检测系统
• §2.1 工作原理
• §2.2 系统结构
• §2.3 工作流程
• §2.4 单元技术
• 第三章 光学系统分析
• §3.1 照明系统
• §3.1.1 光源
• §3.1.2 照明均匀性
• §3.1.3 照明系统光路特点
• §3.2 荧光收集成像系统
• §3.2.1 分辨率
• §3.2.2 放大率
• §3.2.3 景深
• §3.2.4 数值孔径
• §3.2.5 荧光收集成像系统光路特点
• §3.3 滤色系统
• 第四章 氙灯照明系统设计
• §4.1 氙灯特性分析
• §4.1.1 氙灯发光脉冲及其触发特性
• §4.1.2 氙灯发光光谱特性
• §4.1.3 氙灯的灯泡结构
• §4.1.4 氙灯发光光强分布特性
• §4.2 氙灯发光特性的计算机模拟
• §4.2.1 灯弧发光场结构的模拟
• §4.2.2 模拟结果与实际的比较
• §4.3 氙灯照明系统的设计方案
• §4.3.1 采用短焦距透镜对氙灯光束进行聚焦
• §4.3.2 设计方案的实施
• 第五章 实验结果及分析
• §5.1 CCD凝结成像结果
• §5.2 照明效果检测结果
• §5.3 液流通道散射背景光检测
• §5.4 滤色片设计检测结果
• §5.5 系统对荧光检测结果分析
• 第六章 课题研究的总结与展望
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢