生化物質(zhì)的檢測是現(xiàn)代社會進(jìn)行環(huán)境防護(hù)、食品監(jiān)測以及戰(zhàn)場生存中的一個核心問題。傳統(tǒng)的檢測方法雖然可以對生化物質(zhì)進(jìn)行精確的檢測,但昂貴的檢測設(shè)備以及過長的分析檢測時(shí)間限制了其應(yīng)用的廣泛性。因此研制快速、經(jīng)濟(jì)、高靈敏度以及操作簡便的生物檢測設(shè)備對國計(jì)民生具有重要意義。 生物光盤傳感器是依據(jù)光學(xué)干涉檢測原理,以生物配體和受體間的特異性結(jié)合為基礎(chǔ)的生物分子檢測系統(tǒng)。它借鑒了數(shù)字光盤的基本原理和免標(biāo)記生物傳感器的傳感原理,具備多種檢測物質(zhì)的高密度陣列傳感和數(shù)據(jù)快速讀取的能力。本文圍繞生物光盤實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),建立了生物光盤系統(tǒng)理論分析模型,對系統(tǒng)輸出信號及循軌信號進(jìn)行理論研究。本文的工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 首先,論文以Hopkins的光盤標(biāo)量衍射理論為基礎(chǔ),建立了生物光盤系統(tǒng)的理論分析模型,推導(dǎo)出了系統(tǒng)輸出信號的解析表達(dá)式及其邊界條件,在此基礎(chǔ)上利用MATLAB軟件進(jìn)行了程序編寫。 然后,根據(jù)所建立的理論模型,通過數(shù)值模擬分析了理想條件下生物光盤的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)(數(shù)值孔徑NA、高斯參數(shù)σ)和傳感單元參數(shù)(形狀及尺寸)對傳感系統(tǒng)性能的影響。分析結(jié)果表明,為獲得較高的傳感靈敏度,理想條件下聚焦光斑直徑與矩形傳感單元最佳長、寬需滿足1:0.5665的匹配關(guān)系。選取數(shù)值孔徑NA=0.07,高斯參數(shù)σ最佳取值為0.7,此時(shí)矩形傳感單元最佳尺寸為4.3μm×4.3μm,軌道長、寬為16μm。由于生物光盤是通過檢測輸出光功率最小值P0的變化來檢測傳感單元高度的變化,因此本文給出了理想條件下輸出光功率最小值P0與傳感單元高度的線性關(guān)系。 最后,數(shù)值分析了高斯參數(shù)、盤片反射率、光學(xué)系統(tǒng)的波像差、軌道偏離量對系統(tǒng)傳感靈敏度的影響。研究結(jié)果表明:選取高斯參數(shù)的最佳值,合理地增大入射光功率,提高盤片反射率及其均勻度,選取合適的物鏡參數(shù),提高光路的裝調(diào)精度,限制盤片的安裝范圍都可以有效地改善系統(tǒng)的傳感靈敏度。根據(jù)軌道偏離量對輸出信號的影響,給出了伺服系統(tǒng)的循軌信號的提取方法,同時(shí)分析了高斯參數(shù)、盤片反射率、球差等因素對伺服系統(tǒng)的循軌靈敏度的影響。從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件出發(fā)估算了系統(tǒng)所能達(dá)到的傳感靈敏度。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TP333.4
【部分圖文】：

例如：SARS和禽流感的快速臨床診斷、藥物分析、蛋白質(zhì)和基因組檢測、食品安全等。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀盤傳感器的概念是由美國 Purdue 大學(xué) David D.Nolte 教授議(CLEO)上正式提出來的[8][12]。基于光學(xué)干涉檢測原理的于如何建立系統(tǒng)的正交條件[12]，使得探測信號強(qiáng)度的變化化最為敏感。按照系統(tǒng)建立正交條件的不同方法，生物光iffraction）生物光盤、AO 型（Adaptive-optical quadraturese-contrast）生物光盤和 IL 型（In-line-quadrature）生物光David D.Nolte等人采用自參考正交干涉測量技術(shù)研制出示[9]。其工作原理是在硅盤上制作厚度為λ/8的金屬輻條斑50%的光強(qiáng)照到傳感單元表面、50%光強(qiáng)照到基底表光與基底表面反射光產(chǎn)生π/2的正交相位[9]。系統(tǒng)的探MD型生物光盤的缺點(diǎn)是盤片制作及信號檢測都較為復(fù)雜

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文 Leilei Peng 等人報(bào)道了采用自適應(yīng)非線性光學(xué)混頻技術(shù)的 1.2 所示。其工作原理是采用光折射量子肼（PRQW）對參適應(yīng)非線性光學(xué)混頻，即可以自動跟蹤探測信號與參考信號相位補(bǔ)償[10]。系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是采用自適應(yīng)方法增強(qiáng)了檢得系統(tǒng)靈敏度達(dá)到 0.3nm[10]。AO 型生物光盤的缺點(diǎn)是難以輸出信號的影響。這兩種早期的生物光盤的關(guān)鍵技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自參考干涉，即將參考信號與探測信號的相位生物光盤的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。

圖1.3 PC型生物光盤實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2007年Ming Zhao報(bào)道了IL型生物光盤如圖1.4所示。系統(tǒng)在硅基盤片表面SiO2薄膜作為吸附生物分子的基底，薄膜厚度的選取使得SiO2薄膜上表面硅基表面反射光的相位差為π/2或3π/2，從而建立系統(tǒng)的正交條件[15]。盤質(zhì)陣列采用噴墨印刷技術(shù)制備，系統(tǒng)可檢測的生物物質(zhì)種類達(dá)到32種，極限可達(dá)1ng/mL[15]。IL型生物光盤簡化了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了的檢測靈敏度[15]。
【參考文獻(xiàn)】

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9 張建勇;馬建設(shè);徐端頤;潘龍法;嚴(yán)明銘;;光電探測器安裝誤差對差動相位探測信號的影響[J];光學(xué)技術(shù);2006年06期

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本文編號：2837701