免疫荧光检测仪的硬件设计与实现

硕士学位论文题目:免疫荧光检测仪的硬件设计与实现研究生肖泓专业电路与系统指导教师王健研究员完成日期2014年03月杭州电子科技大学硕士学位论文免疫荧光检测仪的硬件设计与实现研究生：肖泓指导教师：王健研究员2014年03月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterThehardwaredesignandimplementationofimmunofluorescencedetectorCandidate:XiaoHongSupervisor:WangJianProfessorMarch,2014杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学学位论文I摘要随着我国经济水平的提升，人民生活质量的提高，人民群众对食品安全也越来越重视，然而在食品中仍然存在安全隐患。例如肉类食品中可能含有瘦肉精，食用含瘦肉精的肉制品会对我们身体造成严重伤害。为了能快速检测出肉制品中的瘦肉精成分，本文提出了基于激光诱导荧光技术的免疫荧光检测瘦肉精的方法，该方法是在胶体金免疫层析法和酶联免疫法这两种瘦肉精检测方法的基础上进行改良的。胶体金免疫层析法检测的稳定性和重复性较差，容易造成误检；而酶联免疫法只能用作定性检测或半定量检测。本论文设计的免疫荧光检测仪克服了以上两种方法的检测缺陷，可以快速、精确定量测量检测肉类食品中瘦肉精的浓度，其稳定性和重复性也很好。其检测过程是，首先将稀释好的样品滴加在用免疫层析技术制作的试纸卡上，然后使用638nm波长的半导体激光器照射试纸卡，激发出的荧光通过光敏二极管接收，荧光的强度与瘦肉精含量相关，通过采集荧光强度来实现瘦肉精含量的检测。经过实验验证，本论文提出的瘦肉精检测方法，不仅提供了一个量化检测指标，而且还缩短了检测时间和提高了测量稳定性与重复性。本论文主要研究免疫荧光检测仪的硬件设计与实现，主要分为六个部分：第一部分主要介绍免疫荧光检测仪的研究背景与意义，瘦肉精的现有检测方法在国内外研究现状与发展趋势，指出了存在的问题，确立了本文的主要研究内容。第二部分介绍了免疫荧光检测仪的系统原理和组成，首先介绍了免疫荧光技术的原理，然后对试纸条的免疫层析技术制作原理和制作过程作了说明，接着介绍了激光诱导荧光技术的原理，最后对仪器的硬件指标和检测指标提出了要求，为后续章节的设计指明了方向。第三部分详细介绍了免疫荧光检测仪的光学系统的设计，首先对光学系统设计作了说明，然后重点介绍了光学器件的参数，同时提出了设计目标和允许的公差范围。第四部分详细介绍了本文的硬件系统设计，首先提出了免疫荧光检测仪的硬件系统组成，然后对各个子系统进行了详细的原理分析和设计分析，包括处理器系统模块的设计、人机交互模块的设计、驱动模块的设计、信号链模块的设计、电源系统模块的设计和PCB设计。杭州电子科技大学学位论文II第五部分对本文设计的免疫荧光检测仪做了详细的测试，包括单板测试和整机测试。单板测试包括了电源系统的测试、信号链的测试和接口电路的测试，整机测试包括了检测性能测试和功耗测试，测试结果证明了本设计达到了预定的设计指标，表明了该方法的可行性和实用性。第六部分作了全文总结与展望。关键词：瘦肉精，激光诱导荧光技术，免疫层析技术，半导体激光器，光敏二极管IIIABSTRACTWiththeenhancementofeconomyandthequalityoflifeimproved,peoplepaymoreandmoreattentiontofoodsafety,however,itstillexistsdangerinthefood.Forexample,meatproductsmaybecontainclenbuterolwhichwillcauseseriousdamagetoourbodyaftereatingthemeatproducts.Inordertodetecttheclenbuterolcontentrapidly,thispaperpresentsthetechniquedetectionclenbuterolbasedonlaser-inducedfluorescencetechnology,whichiscarriedoutonthebasisofGICAandELISAdetectionmethods.TheGICAisbadinstabilityandrepeatability,likelytocausefalsedetection,andtheELISAcanbeonlyusedasaqualitativeorsemi-quantitativedetection.Inthispaper,theimmunefluorescencedetectorovercomesthedefectsoftheGICAandELISA,andachievesarapid,accurate,quantitativemeasurementoftheclenbuterolcontent,whichisalsoverygoodinstabilityandrepeatability.Thedetectionprocessasfollows.First,adilutedsampleisdroppedonthereagentcardmadebyimmunechromatographytechnique.Thenirradiatethereagentcardwitha638nmwavelengthlaserdiodetoexcitethefluorescencewhichisreceivedbythephotodiode.Finally,collectthefluorescenceintensitytoachievethedetectionofclenbuterol’sconcentration.Experimentshowsthatthemethodofclenbuteroldetectiondesignedinthispapernotonlyprovidesaquantitativedetection,butalsoshortensthetestingtimeandimprovesthestabilityandrepeatability.Thepapermainlyresearchesthehardwaredesignandimplementationoftheimmunefluorescencedetector,includingsixparts.Thefirstpartintroducestheresearchbackgroundandsignificanceoftheimmunefluorescencedetector,andthesituationanddevelopmenttrendoftheexistingdetectionmethods.Italsopointsouttheproblemsandestablishesthemainresearchcontentsofthispaper.Thesecondpartintroducestheprincipleandthecompositionoftheimmunefluorescencedetector.Firstly,thepaperintroducestheprincipleofimmunefluorescencetechniques.Secondly,thepaperintroducestheproductionprincipleandtheproductionprocessoftheteststrip.Thirdlythepaperintroducestheprincipleoflaser-inducedfluorescence.Finally,thepaperproposestheindicatorsoftheinstrument,pointingoutthedirectionforthedesignbelow.IVThethirdpartintroducesthedesignofimmunefluorescencedetector’sopticalsystemindetail.Firstofall,thepapergivesanexplanationoftheopticalsystemdesign,andthenfocusesontheparametersoftheopticaldevice,andproposesdesigngoalsandallowedtolerances.Thefourthsectiondetailsthehardwaresystemdesignofthispaper.Firstofall,thepaperproposeshardwaresystemcompositionsofimmunefluorescencedetector,thendetailseachsubsystem’sprincipleanalysisanddesignanalysis,includingthedesignsoftheprocessorsystemmodule,HMImodule,drivenmodule,signalchainmodule,powersystemmoduleandPCBmodule.Thefifthpartmakesdetailedtestsoftheimmunefluorescencedetector,includingboardtestandsystemtest.Boardtestincludesthepowersystemtesting,thesignalchaintesting,interfacecircuittesting.Thesystemtestincludestheperformancetestingandpowerconsumptiontesting.Thetestsshowthatthedesignachievestheintendeddesignspecifications,andisfeasibleandpractical.Thesixthpartmakesfullsummaryandoutlook.Keywords:clenbuterol,laser-inducedfluorescencetechnique,immunechromatographytechnique,LaserDiode,photodiodeV目录摘要..............................................................................................................................IABSTRACT.............................................