荧光免疫层析定量检测系统研究及DSP实现

论文摘要

免疫分析是一种有效的生物医学检测方法,在免疫分析中引入荧光分析法,可以提高免疫检测的灵敏度和准确度。设计一套基于荧光分析的免疫层析检测系统可以实现对目标物的定量检测,并可将其应用于食品药品检测、致病性菌毒检测及心肌梗死类疾病的早期诊断等方面。荧光免疫层析定量检测系统主要包括荧光信号的产生、荧光信号的采集和荧光信号的处理。首先,设计负责光传输和荧光产生的光学系统及荧光信号转换为电压信号的光电转换系统；其次,利用高性能的微处理器实现荧光信号采集系统的设计,得到表征待测样液浓度大小的荧光信号；最后,对信号进行处理与分析,建立信号特征值与待测样液浓度之问的关系曲线。因此,研究内容可以分为以下几个方面：(1)介绍荧光免疫层析检测技术的发展及研究现状,阐述荧光定量分析和免疫层析检测的基本原理,探讨荧光分析法应用于免疫层析实现定量检测的数学理论依据。(2)在介绍荧光定量检测原理的基础上,根据荧光标记物的激发光谱和发射光谱,选用合适光源及光电检测器的最佳检测波长。设计光传输的光学系统及实现光电转换及电信号放大的光电检测电路,并对光电检测系统进行测试。(3)设计基于TMS320F2812 DSP微处理器的荧光免疫层析定量检测的信号采集系统。在测试ADC模块的误差大小并对其进行校正的基础上,利用其实现荧光信号的采集。最后介绍采集系统相关的硬件电路、接口设计及软件设计。(4)针对荧光信号的含噪特征,利用小波分析去噪原理,提出改进阈值的小波空域相关去噪算法,对荧光含噪信号进行有效去噪。运用小波模极大值变换法定位试条控制带和检测带的边缘,并运用峰值识别算法对峰值进行精确识别,最后得到定量检测的工作曲线,即信号特征值与标准待测液浓度的关系曲线,并得到系统检测限及可重复性。实验结果表明,拟合的定量检测关系曲线能够有效反映被测样品的浓度变化,线性相关系数R2=0.9647,系统的重复性误差在2%以内,检测浓度下限能够达到200ng/mL,拟合的定量检测关系曲线表明系统可实现定量检测。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 荧光免疫层析定量检测综述
• 1.2.1 荧光分析法应用于免疫层析检测概述
• 1.2.2 荧光免疫层析定量检测的研究现状
• 1.3 嵌入式微处理器
• 1.3.1 嵌入式微处理器概述
• 1.3.2 DSP嵌入式微处理器
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 荧光免疫层析定量检测机理
• 2.1 荧光定量分析
• 2.1.1 荧光定量分析方法
• 2.1.2 激发光谱和发射光谱
• 2.1.3 影响荧光定量分析的因素
• 2.2 免疫层析检测原理
• 2.2.1 免疫层析试条
• 2.2.2 试条免疫反应原理
• 2.3 定量检测的理论依据
• 2.3.1 透射率与吸光度
• 2.3.2 朗伯—比尔定律
• 2.3.3 定量检测依据
• 2.4 本章小结
• 第三章 荧光免疫层析检测的光电检测系统
• 3.1 光源选择
• 3.2 光学系统设计
• 3.2.1 光学系统总体设计
• 3.2.2 光学器件选型
• 3.3 光电检测单元设计
• 3.3.1 硅光电二极管选型
• 3.3.2 光电检测电路设计
• 3.4 光电检测系统测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 荧光免疫层析检测的信号采集系统
• 4.1 TMS320F2812及ADC模块
• 4.1.1 TMS320F2812简介
• 4.1.2 ADC模块简介
• 4.1.3 ADC模块的误差及校准
• 4.2 信号采集系统主要硬件设计
• 4.2.1 电源电路
• 4.2.2 电压调理电路
• 4.2.3 校准及保护电路
• 4.2.4 液晶接口电路
• 4.2.5 电机驱动电路
• 4.2.6 仿真接口JTAG
• 4.2.7 外扩存储器接口
• 4.2.8 数据传输接口
• 4.3 信号采集系统的软件设计
• 4.3.1 CCS概述
• 4.3.2 CCS3.3开发环境
• 4.3.3 ADC校正的软件实现
• 4.3.4 信号采集的实现
• 4.3.5 信号采集结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 荧光信号处理与定量检测实现
• 5.1 荧光信号去噪
• 5.1.1 荧光信号噪声来源分析
• 5.1.2 小波变换去噪法
• 5.1.3 传统小波空域相关去噪法
• 5.1.4 改进闽值的小波空域相关去噪法
• 5.2 荧光信号的数据处理
• 5.2.1 信号奇异性检测
• 5.2.2 峰值识别与特征值表示
• 5.3 检测结果
• 5.3.1 重复性及检测限
• 5.3.2 定量检测结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表论文和参与项目