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

【摘要】：當(dāng)今環(huán)境與食品遭受污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,其中有毒有機(jī)污染物在環(huán)境中分布廣泛、種類繁多、濃度極低,實(shí)現(xiàn)快速、靈敏、準(zhǔn)確的檢測(cè)分析面臨極大挑戰(zhàn)。目前的主要檢測(cè)方法有化學(xué)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(wèn)題,如儀器昂貴、操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí)耗力等,無(wú)法滿足不斷增長(zhǎng)的大規(guī)模快速檢測(cè)分析的需求。生物傳感技術(shù),尤其是基于生物芯片的生物傳感技術(shù),其中以表面等離子共振(SPR)傳感技術(shù)為首要代表,近年來(lái)已成為國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn),而得到快速發(fā)展。并成功應(yīng)用于環(huán)境與食品安全檢測(cè)、臨床診斷、藥物篩選等眾多領(lǐng)域。本論文通過(guò)研究SPR分析儀的關(guān)鍵技術(shù),研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)SPR生化分析儀,開展了幾種痕量有機(jī)污染物的SPR快速檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究取得了較好的結(jié)果。本論文將SPR分析儀研制工作分解成多項(xiàng)相關(guān)外圍技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì),并開展了相關(guān)的應(yīng)用檢測(cè)實(shí)驗(yàn),完成的主要工作為：1.設(shè)計(jì)小型和全自動(dòng)兩種微流SIA系統(tǒng),采用空氣實(shí)現(xiàn)樣品-緩沖液的隔離和保護(hù),并解決了在不同壓力下,空氣段隔離流路體系的精準(zhǔn)注射進(jìn)樣問(wèn)題,使得進(jìn)樣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,樣品-緩沖液的隔離和分離效果好。2.針對(duì)SPR傳感信號(hào)溫度敏感特性,研究了溫度補(bǔ)償方法。研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于溫度變化量的補(bǔ)償效果不理想,而結(jié)合溫度變化率的補(bǔ)償效果有所改善,但依然難以實(shí)用化,因此設(shè)計(jì)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(jìn)和優(yōu)化方案。將波長(zhǎng)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(dòng)態(tài)范圍。4.設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)算方法,用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較了已有“固定基線質(zhì)心法”、“動(dòng)態(tài)基線質(zhì)心法”與新方法的性能,結(jié)果表明該方法具有最優(yōu)的綜合性能。6.研究并實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)時(shí)的傳感圖平滑降噪算法,運(yùn)用該算法對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理,并對(duì)算法性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。對(duì)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(shí)幾乎沒(méi)有信號(hào)失真和數(shù)據(jù)延時(shí),降低了儀器的檢出限。7.分別運(yùn)用自行研制的小型SPR分析儀和全自動(dòng)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(cè)實(shí)驗(yàn),并與Biacore儀器測(cè)試結(jié)果比對(duì),檢測(cè)結(jié)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(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH83;TP212.9

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本文編號(hào)：1844867