光子微球生物芯片自動化檢測系統(tǒng)的研發(fā).pdf

1、Point Of Care Testing（POCT，現(xiàn)場檢測）設(shè)備具有集成度高、體積小、造價低，自動化/智能化程度高的特點(diǎn)，對操作人員專業(yè)技能要求低，特別適合于一些基層社區(qū)醫(yī)院、病房、家庭、戰(zhàn)場以及各種現(xiàn)場標(biāo)本的測定。然而受到檢測原理、材料、制造技術(shù)以及檢測方法的限制，目前真正能夠用于體液檢測的POCT設(shè)備并不多見。而基于光子晶體編碼微球的多元生物分子檢測技術(shù)可實現(xiàn)對樣品中多組分的同時檢測，能夠滿足POCT的應(yīng)用與發(fā)展需求，且將編碼微

2、球與微流控芯片結(jié)合可以提供一種更為簡單快捷的POCT檢測方法。
　　針對POCT設(shè)備集成化、自動化的需求，本文重點(diǎn)研究了基于光子晶體微球微流分析芯片的自動化檢測系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設(shè)計、構(gòu)建以及各個部分的實現(xiàn)都做了研究，并應(yīng)用于蛋白質(zhì)的多元檢測。研究工作的內(nèi)容可分為以下三個部分:
　　一、光子晶體微球微流分析芯片與流體反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計。本文設(shè)計了一種基于毛細(xì)管的微流分析芯片，對其原理、模型設(shè)計、制作步驟、檢測效果等方面進(jìn)行了研究，并

3、依據(jù)反應(yīng)流程與原理設(shè)計了一個自動化流體反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含微泵、微閥等微流體器件與集成控制電路等，通過軟件控制自動化選擇合適的試劑輸入芯片進(jìn)行反應(yīng)，并對反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　二、自動化光學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)計。本文依據(jù)光子微球生物芯片的檢測原理，設(shè)計并構(gòu)建了一個小型化的光學(xué)成像系統(tǒng)，并研究其控制過程和上位機(jī)軟件。通過軟件的控制，它可以自動化地進(jìn)行濾色塊的切換，實現(xiàn)明場和熒光兩種成像模式，并采集芯片內(nèi)部微球的明場編碼圖像和熒光圖像。<

4、br>　　三、圖像處理與蛋白質(zhì)的多元檢測。本文利用構(gòu)建的流體反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行不同濃度的抗原蛋白檢測實驗，并用光學(xué)成像系統(tǒng)采集反應(yīng)后的圖像。在此基礎(chǔ)上提出了適合于光子微球生物芯片圖像的處理算法，通過圖像匹配、預(yù)處理、分割識別等一系列操作，最終提取圖像中的微球數(shù)據(jù)進(jìn)行熒光定量和顏色解碼，并驗證了該系統(tǒng)用于蛋白質(zhì)多元檢測的可行性。該系統(tǒng)的檢測限達(dá)到62.6ng/mL，并驗證了其運(yùn)用于多元生物分子檢測的可行性，檢測準(zhǔn)確性達(dá)到85％。整個過程自動化進(jìn)