發(fā)布時間：2018-05-04 22:06

  本文選題：表面等離子共振 + 生物傳感器��； 參考：《浙江大學》2014年博士論文

【摘要】：當今環(huán)境與食品遭受污染問題日益嚴重,其中有毒有機污染物在環(huán)境中分布廣泛、種類繁多、濃度極低,實現(xiàn)快速、靈敏、準確的檢測分析面臨極大挑戰(zhàn)。目前的主要檢測方法有化學分析法、生物法和免疫分析法,這些方法均存在不同方面的問題,如儀器昂貴、操作復雜、費時耗力等,無法滿足不斷增長的大規(guī)模快速檢測分析的需求。生物傳感技術,尤其是基于生物芯片的生物傳感技術,其中以表面等離子共振(SPR)傳感技術為首要代表,近年來已成為國際相關領域關注的熱點,而得到快速發(fā)展。并成功應用于環(huán)境與食品安全檢測、臨床診斷、藥物篩選等眾多領域。本論文通過研究SPR分析儀的關鍵技術,研制了具有自主知識產(chǎn)權的全自動SPR生化分析儀,開展了幾種痕量有機污染物的SPR快速檢測實驗研究取得了較好的結果。本論文將SPR分析儀研制工作分解成多項相關外圍技術和關鍵技術進行研究和設計,并開展了相關的應用檢測實驗,完成的主要工作為：1.設計小型和全自動兩種微流SIA系統(tǒng),采用空氣實現(xiàn)樣品-緩沖液的隔離和保護,并解決了在不同壓力下,空氣段隔離流路體系的精準注射進樣問題,使得進樣系統(tǒng)運行穩(wěn)定,樣品-緩沖液的隔離和分離效果好。2.針對SPR傳感信號溫度敏感特性,研究了溫度補償方法。研究和實驗結果表明,基于溫度變化量的補償效果不理想,而結合溫度變化率的補償效果有所改善,但依然難以實用化,因此設計了基于TEC和PID調(diào)節(jié)的恒溫控制系統(tǒng)。3.提出多通道SPR傳感器的改進和優(yōu)化方案。將波長633nm光源改為760nm的LED光源,并加上窄帶濾光片；將目前8位AD分辨率的面陣CMOS改成16位AD的CCD；從而有效提高傳感器的分辨率和動態(tài)范圍。4.設計互連通道和可控通道兩種集成微流芯片,并開發(fā)了外部控制電路,滿足SPR生物傳感檢測芯片表面液體流通通道切換等工作要求。5.提出并研究一種“固定邊界質(zhì)心法”的快速SPR共振角計算方法,用實驗數(shù)據(jù)分析比較了已有“固定基線質(zhì)心法”、“動態(tài)基線質(zhì)心法”與新方法的性能,結果表明該方法具有最優(yōu)的綜合性能。6.研究并實現(xiàn)了一種實時的傳感圖平滑降噪算法,運用該算法對多個實驗數(shù)據(jù)進行降噪處理,并對算法性能進行分析評價。對于典型的SPR生物傳感圖,可將噪聲降低至原始水平的3.5%,同時幾乎沒有信號失真和數(shù)據(jù)延時,降低了儀器的檢出限。7.分別運用自行研制的小型SPR分析儀和全自動SPR分析儀,開展了磺胺甲嗯唑、牛血清蛋白、吡蟲啉等多種污染物的檢測實驗,并與Biacore儀器測試結果比對,檢測結果良好。
[Abstract]:Nowadays, the problem of environmental and food pollution is becoming more and more serious, among which toxic organic pollutants are widely distributed in the environment, with a wide variety of types and very low concentrations. It is a great challenge to achieve rapid, sensitive and accurate detection and analysis of toxic organic pollutants. At present, the main detection methods are chemical analysis, biological analysis and immunoassay. These methods all have different problems, such as expensive instrument, complicated operation, time-consuming, etc. Unable to meet the growing demand for large-scale rapid detection analysis. Biosensor technology, especially biosensor based on biochip, with surface plasmon resonance (SPR) sensing technology as the primary representative, has become a hot spot in the field of international concern in recent years, and has been rapidly developed. It has been successfully applied in many fields, such as environmental and food safety detection, clinical diagnosis, drug screening and so on. By studying the key technology of SPR analyzer, an automatic SPR biochemistry analyzer with independent intellectual property rights has been developed in this paper. The SPR rapid detection of several trace organic pollutants has been carried out and good results have been obtained. In this paper, the research and development of SPR analyzer is divided into several related peripheral technologies and key technologies for research and design, and related application testing experiments are carried out. The main work accomplished is: 1: 1. Two microflow SIA systems, small and automatic, were designed. The sample buffer was isolated and protected by air, and the problem of accurate injection of air isolation flow system was solved under different pressure, which made the injection system run stably. The isolating and separating effect of sample buffer solution is good. 2. According to the temperature sensitivity of SPR sensor signal, the temperature compensation method is studied. The results of research and experiment show that the compensation effect based on temperature change is not ideal, but the compensation effect based on temperature change rate is improved, but it is still difficult to be applied. Therefore, a constant temperature control system based on TEC and PID regulation is designed. An improved and optimized scheme of multi-channel SPR sensor is presented. The wavelength 633nm light source is changed into the 760nm LED light source, and the narrow band filter is added. The current 8-bit AD resolution array CMOS is changed to the 16-bit AD LED light source, so that the resolution and dynamic range of the sensor are improved effectively. 4. Two integrated microfluidic chips, interconnect channel and controllable channel, are designed, and an external control circuit is developed to meet the requirements of SPR biosensor detection chip surface fluid flow channel switching. 5. A fast SPR resonance angle calculation method for fixed boundary centroid method is proposed and studied. The performances of the existing "fixed baseline centroid method", "dynamic baseline centroid method" and the new method are analyzed and compared with the experimental data. The results show that the method has the best comprehensive performance. 6. A real-time sensor image smoothing noise reduction algorithm is studied and implemented. The algorithm is used to deal with multiple experimental data, and the performance of the algorithm is analyzed and evaluated. For a typical SPR biosensor, the noise can be reduced to 3. 5% of the original level, and at the same time, there is almost no signal distortion and data delay, which reduces the detection limit of the instrument. The experiments of sulfamethoxazole, bovine serum protein and imidacloprid were carried out by using the self-made SPR analyzer and the automatic SPR analyzer, respectively. The results were compared with those of the Biacore instrument.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH83;TP212.9

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本文編號：1844867