便携式SPR生化分析仪的研制

论文摘要

表面等离子体谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技术是近年发展起来的一种先进的生化检测技术，具有免标记、实时检测、灵敏度高等特点，已经广泛应用于生物研究和生化分析。国内中国科学院电子学研究所已成功研制一系列SPR生化分析仪，小型化是其发展趋势之一。论文叙述了SPR传感技术的基础理论，并介绍了两种新型便携式SPR生化分析仪的研制和应用实验。论文研制的两种仪器采用相似的结构，包括驱动流通系统、SPR传感器系统和控制处理系统。驱动流通系统实现自动检测2种样品；SPR传感器系统采用固定光路的结构，缩小了系统的体积：两种仪器的控制处理系统区别很大，与灵敏度关系密切。基于USB的便携式SPR生化分析仪是对原有的仪器进行改进，选用EZ-USBFX2系列芯片作为硬件电路的核心，外接CPLD、RAM和高速AD，提高数据传输速度和系统稳定性，预计灵敏度将达1×10-6RIU。基于DSP的便携式SPR生化分析仪能满足户外环境监测等需要，采用高速DSP芯片TMS320LF2407A做控制和简单数据处理，并增加液晶显示和键盘控制功能。论文对此仪器进行了应用实验，仪器通入去离子水后SPR响应信号明显；对不同折射率的甘油梯度溶液具有很好的区分效果。两种仪器都编写了各自的计算机控制和采集软件，使其具有友好的操作界面和完善的功能。仪器的灵敏度和稳定性，还有待在实验中进一步检验和改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 SPR传感技术简介
• 1.2 SPR传感技术特点及发展趋势
• 1.3 SPR生化分析仪国内外发展概况
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 论文目标和研究内容
• 第二章 SPR传感技术的理论基础
• 2.1 表面等离子体波共振原理
• 2.1.1 表面等离子体波
• 2.1.2 表面等离子体谐振条件
• 2.2 SPR传感器用于生化检测的原理
• 2.3 SPR传感器的实现方式
• 2.3.1 棱镜耦合型SPR传感器
• 2.3.2 光栅耦合型SPR传感器
• 2.3.3 光波导型SPR传感器
• 2.3.4 光纤耦合型SPR传感器
• 2.4 SPR传感器的灵敏度及其影响因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于USB的便携式SPR生化分析仪的设计
• 3.1 引言
• 3.2 新型便携式SPR生化分析仪结构设计
• 3.3 控制处理系统的硬件设计
• 3.3.1 硬件方案
• 3.3.2 FX2芯片简介
• 3.3.3 硬件工作原理
• 3.4 控制处理系统的软件设计
• 3.4.1 CPLD程序
• 3.4.2 FX2固件程序
• 3.4.3 Labview程序
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DSP的便携式SPR生化分析仪的研制
• 4.1 引言
• 4.2 系统硬件方案
• 4.3 系统软件设计
• 4.4.1 DSP程序
• 4.3.2 PC界面软件
• 4.4 仪器性能及应用实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 研究工作内容
• 5.2 研究成果
• 5.2 课题进一步研究的设想和展望
• 参考文献
• 发表论文目录
• 致谢