肝细胞功能活性在线定性检测系统的研究

论文摘要

本文主要对应用于生物人工肝体外支持系统（Bioartificial Liver Support System, BAL）的肝细胞功能活性在线定性快速检测进行了系统的初步研究。在此基础上设计实现了该检测系统的主要功能。对BAL 系统中的肝细胞进行功能活性的在线定性检测是保证BAL 正确行使功能的重要前提。本文对现有的肝细胞功能活性检测技术,从原理和方法上进行了系统的分析比较;并从中筛选出适宜进行在线快速定性检测的生化分析指标和相应的检测方法。本文依据白蛋白和尿素指标检测特点,设计了以光学比色原理为基础的在线定性检测分析系统。在初步系统中,实现了光电基座的设计,完成了以MEGA16单片机为主控单元、以OPT301 集成光电传感器为光电接收单元、以104BH 智能液晶触摸屏终端为人机交互界面的光机电集成系统。以串行通讯方式实现与显示终端和上位机的通讯。本课题的主要特点包括:在人工肝生化检测中,首次应用超亮发光二极管作为测量光源,由此设计完成简约小巧的光机结构,该光机结构能够方便的集成在BALS 系统中,实现在线定性检测的功能。采用MEGA16 主控制器,集成了10位模数转换、UART、JTAG 等,以极低的硬件成本实现了集中的检测控制。本课题对光电器件和光电转换结构进行了蒙特卡罗仿真分析。通过仿真确定了优化的位置和光学属性数据。另外,本文对所设计的检测装置与日立公司的UV-2800 紫外可见分光光度计进行了对比试验,试验证明,两者定性测量精度一致,本课题装置实现了其难以实现的在线快速定性检测功能,而且可拆装的光机结构满足诸多现场小空间的测量应用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 人工肝简介
• 1.2 课题的引入和意义
• 1.3 本文的工作任务
• 第2章 肝细胞功能活性检测的原理方法
• 2.1 肝细胞功能活性
• 2.1.1 功能活性的定义
• 2.1.2 功能活性的检测指标的分析
• 2.1.3 检测方法筛选的原则
• 2.2 电极检测法和光学比色法
• 2.2.1 尿素电极检测方法
• 2.2.2 光学比色检测方法
• 2.3 比色法原理与误差分析
• 2.3.1 反射和散射效应的影响
• 2.3.2 复色光对比尔定律的偏离
• 2.3.3 杂散光的影响
• 2.3.4 不平行入射光的影响
• 2.3.5 实验技术和环境引起的误差
• 第3章 系统结构
• 3.1 控制系统的设计
• 3.2 光学结构的设计
• 3.2.1 光电转换的基架结构设计
• 3.2.2 光电转换设计
• 第4章 硬件实现与软件编程
• 4.1 单片机的选择设计应用
• 4.1.1 MEGA16 原理结构
• 4.1.2 MEGA16 中 AD 转换的设计实现
• 4.2 选通控制和可编程增益控制
• 4.2.1 选通控制
• 4.2.2 可编程增益放大器PGA205
• 4.3 温度检测和温度控制
• 4.3.1 温度检测
• 4.3.2 温度控制
• 4.4 上位机通讯及上位机控制程序实现
• 4.4.1 串口转换电路
• 4.4.2 MEGA16 端串口通讯设置
• 4.5 触摸屏人机接口的控制实现
• 4.5.1 电阻式触摸屏原理
• 4.5.2 坐标确定
• 4.5.3 液晶触摸屏与MEGA16 的连接和初始化
• 4.5.4 指令介绍和分析
• 4.6 电源设计
• 4.7 软件实现
• 第5章 光学仿真
• 5.1 光学系统特点及简化模型的建立
• 5.2 LED 封装模型及其蒙特卡洛模拟
• 5.2.1 LED 光学结构模型的建立及模拟
• 5.2.2 光子的产生和随机数序列的生成
• 5.2.3 光子与封装表面的作用
• 5.2.3.1 光子与封装表面成撞位置的计算
• 5.2.3.2 光子与封装表面作用有效性的判断
• 5.2.3.3 光子在封装表面的反射与折射
• 5.2.4 光子的内俘获
• 5.2.5 光子的收集统计
• 5.3 专用软件仿真的分析
• 5.4 仿真结果和可行性分析
• 第6章 实验分析
• 6.1 对比实验设计
• 6.2 分光光度计对比分析
• 6.3 与BAL 联用的反馈
• 第7章 结论和展望新思路
• 7.1 工作总结
• 7.2 初步结论的分析
• 7.3 展望和新思路
• 7.3.1 紫外LED 的应用分析
• 7.3.2 微流控芯片设计
• 参考文献
• 附录1 实验数据列表
• 发表论文
• 致谢