本文關(guān)鍵詞：離心微流平臺的控制與檢測系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微流控技術(shù)是近年來崛起的新型技術(shù)之一,是一門糅合了生物、醫(yī)療、傳感檢測的多門科學(xué)性質(zhì)的交叉性科目,微流控最顯著的特點在于將復(fù)雜的生物／化學(xué)分析過程中需要用到的樣品制備、分離、混合、檢測等基本操作集成到一塊尺度最小可達(dá)微米級別的微流芯片上并且自動完成一系列的分析檢測。這種最大限度的將實驗室的大型設(shè)備轉(zhuǎn)化成便攜式的分析設(shè)備并最終將復(fù)雜的操作從傳統(tǒng)實驗室中解放出來的微全分析系統(tǒng)(μTas)憑借在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮的巨大作用已經(jīng)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具潛力和應(yīng)用前景的學(xué)科之一。離心力微流控則是最近幾年在微流控的基礎(chǔ)上開展的一種全新的微流操控手段,使用離心力作為微流體的主要驅(qū)動力,這種方式好處在于替代了傳統(tǒng)的依靠泵浦驅(qū)動微流的微流控結(jié)構(gòu),將龐雜的微流控結(jié)構(gòu)縮小到了一張小小的轉(zhuǎn)盤上。這種依靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的離心力替代了傳統(tǒng)的外界泵浦驅(qū)動的方式節(jié)約了成本也同時簡化了操作方式。通過簡單的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和加速度等參量就可以實現(xiàn)對離心轉(zhuǎn)盤上微流芯片的復(fù)雜操作,盤上配置的檢測系統(tǒng)也能夠與整套整盤很好的結(jié)合。從某種意義上來說,這種新興的離心力的微流控系統(tǒng)比傳統(tǒng)的泵浦式微流控系統(tǒng)更加地接近微全分析系統(tǒng)。近年來離心力微流控越來越向平臺化,系統(tǒng)化發(fā)展,很多成熟的離心平臺都已經(jīng)面向市場并取得了很大的成功,可以說這項技術(shù)擁有廣闊的前景與發(fā)展空間�；谶@樣的背景與需求下本文搭建了一套自主設(shè)計的離心力微流控平臺,實現(xiàn)了一系列的控制檢測方案。本文具體實現(xiàn)了外部驅(qū)動模塊的搭建,用于驅(qū)動外部模塊的正常工作如頻閃燈與攝像頭,實現(xiàn)了對高速轉(zhuǎn)臺的靜態(tài)捕捉功能,電路包含數(shù)據(jù)采集驅(qū)動功能,實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)盤特定區(qū)域信號的捕捉；搭建了一套通信電路,用于和電機(jī)編碼器的正常通信以及傳感節(jié)點的正常通信,電路內(nèi)部嵌入了自定義的通信協(xié)議用于接收手機(jī)客戶端的指令；搭建了一套無線耦合功能模塊,實現(xiàn)了對高速轉(zhuǎn)盤上傳感模塊的正常供電；設(shè)計實現(xiàn)了離心力微流控的手機(jī)客戶端,用戶無線控制離心力轉(zhuǎn)臺的工作以及接收傳感節(jié)點的數(shù)據(jù),客戶端簡潔方便,極少的指令即可完成復(fù)雜的控制。在軟硬件模塊正常工作的基礎(chǔ)上,本文搭建了幾種傳感節(jié)點的電路模塊,包括基于配對發(fā)光二極管(PEDD)的吸光度檢測模塊與基于數(shù)字離散式PID算法的溫度控制模塊。使用PEDD模塊并配合本文獨特設(shè)計的螺旋式離心轉(zhuǎn)盤,實現(xiàn)了對牛血清蛋白的濃度標(biāo)定,標(biāo)定濃度從0 mg/mL一直到2 mg/mL,精度不亞于本文用于比較的專用分光光度計。另外使用無線耦合供電模塊配合溫控模塊,實現(xiàn)了在高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤上對微液流的溫度控制,控制波動在1℃左右。最后本文將設(shè)計了一套硬件接口的傳感節(jié)點,在無線耦合正常工作的基礎(chǔ)上對主控芯片的編程實現(xiàn)了對多種外部傳感模塊的驅(qū)動。
【關(guān)鍵詞】：微流控 離心力微流控 無線傳感 無線耦合供電 客戶端開發(fā) 配對發(fā)光二極管 微流溫控
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN492;TP274
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 操控與結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.2 檢測機(jī)制14-16
• 1.3 論文研究內(nèi)容、技術(shù)路線、論文結(jié)構(gòu)16-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 技術(shù)路線17
• 1.3.3 論文結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 離心微流平臺的硬件搭建19-33
• 2.1 驅(qū)動模塊19-22
• 2.1.1 理論研究19-21
• 2.1.2 技術(shù)方案21-22
• 2.2 無線通信模塊22-28
• 2.2.1 理論研究23-26
• 2.2.2 技術(shù)路線26-28
• 2.3 無線耦合供電28-31
• 2.3.1 供電原理28-29
• 2.3.2 技術(shù)路線29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 離心微流平臺的手機(jī)客戶端開發(fā)33-43
• 3.1 技術(shù)架構(gòu)33-34
• 3.2 軟件開發(fā)34-41
• 3.2.1 功能需求34-35
• 3.2.2 軟件設(shè)計35-38
• 3.2.3 功能實現(xiàn)38-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 第四章 離心微流平臺上傳感模塊及應(yīng)用43-65
• 4.1 配對發(fā)光二極管吸光度檢測蛋白濃度43-59
• 4.1.1 實驗器件44-46
• 4.1.2 準(zhǔn)度與精度46-47
• 4.1.3 靈敏度與測量原理47-51
• 4.1.4 離心平臺上的蛋白檢測51-54
• 4.1.5 實驗結(jié)果54-57
• 4.1.6 PEDD的性能優(yōu)化57-59
• 4.2 基于微流體溫控的PID實現(xiàn)59-63
• 4.2.1 控制原理59-60
• 4.2.2 技術(shù)路線60-61
• 4.2.3 實驗結(jié)果61-63
• 4.3 開放式接口63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65
• 5.2 展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-75
• 攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果75-77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：257440