基于图像处理的微流控芯片检测方法与技术研究

论文摘要

微流控芯片由于其集成化和微型化的特点能够将处理时间大幅度缩短,同时提高检测分辨率和精度,使消耗和成本大幅降低。基于以上这些优点,微流控芯片在化学领域、生物医学领域、光学领域以及信息学等领域得到了广泛的应用。微流控芯片的检测技术在微流控芯片不断实用化的过程中也起到了十分重要的作用,由于微流控芯片最常用于生命科学的领域,所以对其检测有着特殊的要求。随着检测技术的不断发展和提高,用于微流控芯片的检测方法和技术也得到了不断的改进,由常用的光学检测、电化学检测、质谱检测等检测方法逐步向多信息融合的方向发展。本论文是在天津市自然科学基金资助项目“用于活体细胞内钙离子测量的微流控芯片及检测系统研究”的资助下,以检测细胞内钙离子的浓度为实验基础研究一种基于图像处理的微流控芯片检测方法,实验中我们采用比值荧光法作为钙离子浓度检测的计算基础,将比值荧光法检测原理与图像信息的处理相结合来分析实验数据,从而为钙离子浓度的计算提供准确的参数。本文的主要研究内容包括:1、研究用于活体细胞培养、细胞检测、试剂进给一体化的微流控芯片,设计可用于检测细胞内钙离子浓度的微流控芯片及分析集成系统。2、研究现有的微流控芯片检测方法,将图像处理应用在检测系统中。3、研究比值荧光法检测细胞内钙离子浓度的原理,设计硬件系统进行实验。4、研究显微荧光图像的处理方法,对实验所得到的细胞图像进行分析处理。本文自行设计了微流控显微成像系统,此系统利用氙灯作为激发光源,主要组成部分包括微流控芯片驱动系统、快速波长切换系统、显微系统和成像系统等等。检测中利用软件来实现对细胞荧光图像的实时采集、显示、处理及分析,实现对荧光位置及强度的提取,为细胞内钙离子浓度的确定提供实验依据,最终确定了一种基于图像处理的微流控芯片检测方法。这一检测方法的研制为微流控芯片检测方法的发展提供了理论与实验依据,为微流控芯片在细胞分析领域中的应用揭开了崭新的一页。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题的研究背景及意义
• §1-2 微流控芯片技术的发展概况
• 1-2-1 微流控芯片技术的发展简史
• 1-2-2 微流控芯片在各个领域的应用
• 1-2-3 微流控芯片的发展趋势
• §1-3 图像处理概述及其在微流控芯片检测中的应用
• 1-3-1 图像处理技术的主要内容
• 1-3-2 图像处理技术的应用
• 1-3-3 图像处理技术在微流控芯片检测中的应用
• §1-4 本论文的主要研究
• §1-5 本章小结
• 第二章 微流控芯片检测方法研究
• §2-1 光学检测方法
• 2-1-1 激光诱导荧光
• 2-1-2 吸收光度检测
• 2-1-3 化学发光检测法
• 2-1-4 比值荧光检测法
• §2-2 电化学检测方法
• 2-2-1 安培检测法
• 2-2-2 电导检测法
• 2-2-3 电位检测法
• §2-3 质谱检测法
• §2-4 本章小结
• 第三章 比值荧光法检测系统设计
• §3-1 荧光探针
• 3-1-1 H2DCF-DA探针
• 3-1-2 SNARF-1 和Annexin V-FITC探针
• 3-1-3 Fura-2 探针
• §3-2 Fura-2 的特性及导入方式
• 3-2-1 Fura-2 的特性
• 3-2-2 Fura-2 的导入方式
• §3-3 微流控芯片的设计及制造
• 3-3-1 芯片材料的选取
• 3-3-2 芯片通道的设计
• 3-3-3 芯片的制造过程
• §3-4 实验系统搭建
• 3-4-1 微流控芯片驱动系统
• 3-4-2 快速波长切换系统
• 3-4-3 显微系统
• 3-4-4 成像系统
• 3-4-5 比值荧光法检测系统的搭建
• §3-5 本章小结
• 第四章 实验及数据分析
• §4-1 实验准备工作
• 4-1-1 细胞培养
• 4-1-2 实验试剂
• §4-2 实验过程
• 4-2-1 细胞加载
• 4-2-2 细胞染色
• 4-2-3 图像处理的方法检测钙离子浓度
• §4-3 标记参数的确定
• 4-3-1 标记时间的确定
• 4-3-2 标记浓度的确定
• 4-3-3 R min 和Rmax 的标定
• §4-4 图像数据处理软件的设计
• 4-4-1 细胞荧光图像的获取模块
• 4-4-2 图像的实时处理模块
• 4-4-3 图像的荧光强度提取模块
• §4-5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果