基于阻抗脉冲及荧光传感的细胞检测技术研究

论文摘要

细胞广泛存在于生物体及海洋环境中,对细胞的检测分析,将有助于推动生命科学探索、疾病诊断、海洋污染鉴定等领域的进展。对细胞的内在生物标记物、尺寸及阻抗特性的检测,是其中一个重要的研究方向。目前检测这些细胞参量的通用设备主要是流式细胞仪、荧光显微镜等大型仪器,存在着体积庞大、操作复杂、价格昂贵并且无法进行现场快速分析等缺点。基于此,本文研究了基于微流控芯片的细胞检测技术,分别对细胞的内在生物标记物、尺寸及阻抗特性进行了检测。(1)本文从细胞的荧光特性出发,以微流控芯片作为平台,研究激光诱导荧光检测技术,设计并搭建荧光检测系统。分别设计了用于荧光检测的微流控芯片模块、光源模块、固定系统组件的机械结构模块、接收细胞荧光信息的荧光接收模块和处理荧光信息的滤波放大模块,最终根据所得荧光脉冲的幅值大小和数量,对荧光标记后的细胞识别并计数。(2)本文从细胞的尺寸特性出发,以微流控芯片作为平台,研究直流阻抗脉冲传感检测技术,设计并搭建直流阻抗脉冲传感检测系统。分别设计了用于直流阻抗检测的微流控芯片模块、固定系统组件的机械结构模块、传感细胞直流阻抗信息的电极布局和处理直流阻抗信息的滤波放大模块,最终根据所得直流阻抗脉冲的幅值大小和数量,对细胞识别并计数。(3)本文从细胞的阻抗特性出发,以微流控芯片作为平台,研究交流阻抗脉冲传感检测技术,设计并搭建交流阻抗脉冲传感检测系统。分别设计了用于交流阻抗检测的微流控芯片模块、固定系统组件的机械结构模块、传感细胞交流阻抗信息的电极布局、基于AD630的锁相模块、正反相包络检波模块和滤波放大模块。最终根据所得交流阻抗脉冲的幅值大小和方向,对细胞识别并计数。(4)为了验证这三种检测系统的可行性,首先对各模块进行了验证性测试,然后取鼻咽癌细胞CNE1、肺癌细胞H1299、15μm聚苯乙烯颗粒以及塔胞藻细胞这四种样品,分别进行了实验验证。实验结果表明,本文研究的技术可以从上述三种特性实现对细胞检测分类,同时设计的检测系统还具备体积小、操作简单、成本低等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 细胞检测的背景和意义
•   1.2 细胞检测的国内外现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 基于阻抗脉冲和荧光传感的细胞检测原理及系统总体设计
•   2.1 激光诱导荧光检测原理
•   2.2 直流阻抗脉冲传感检测原理
•   2.3 交流阻抗脉冲传感检测原理
•     2.3.1 交流阻抗脉冲检测原理的分析
•     2.3.2 交流阻抗脉冲检测原理的仿真验证
•   2.4 检测系统的整体设计
•     2.4.1 检测系统的整体组成
•     2.4.2 检测系统的工作过程
•   2.5 本章小结
• 3 细胞检测系统分模块设计
•   3.1 微流控芯片模块的设计与制备
•     3.1.1 微流控芯片设计
•     3.1.2 微流控芯片制备
•   3.2 信号检测模块设计
•     3.2.1 激发光源结构设计
•     3.2.2 激光诱导荧光检测模块设计
•     3.2.3 阻抗脉冲检测模块设计
•   3.3 信号处理模块设计
•     3.3.1 激光诱导荧光检测处理模块设计
•     3.3.2 直流阻抗脉冲检测处理模块设计
•     3.3.3 交流阻抗脉冲检测处理模块设计
•   3.4 数据采集与显示模块设计
•     3.4.1 数据采集模块设计
•     3.4.2 数据显示模块设计
•   3.5 辅助模块设计
•     3.5.1 信号发生模块设计
•     3.5.2 电源模块设计
•     3.5.3 泵驱动模块设计
•     3.5.4 机械结构模块设计
•   3.6 本章小结
• 4 细胞检测系统分模块测试及样品检测
•   4.1 分模块测试
•     4.1.1 微流控芯片测试
•     4.1.2 微泵模块测试
•     4.1.3 信号处理与采集模块测试
•   4.2 样品检测与数据分析
•     4.2.1 细胞的荧光特性检测与数据分析
•     4.2.2 细胞的直流阻抗特性检测与数据分析
•     4.2.3 细胞的交流阻抗特性检测与数据分析
•   4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 代博文

导师: 王俊生

关键词: 细胞检测,微流控,荧光检测,阻抗检测

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,无线电电子学,自动化技术

单位: 大连海事大学

分类号: TN492;TP212;Q2-33

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001285

总页数: 91

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