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激光共焦生物芯片扫描仪中的图像重建与分析

作　者: 李映笙
导　师: 陆祖康；倪旭翔
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像重建 生物芯片技术 共焦 激光 扫描仪 食品卫生监督 灵敏度指标 采集与传输 生命科学研究 成像物镜
分类号: TP334.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


近10多年来，国内生物芯片技术的发展备受瞩目，在生命科学研究、疾病诊断、新药开发、生物武器、司法鉴定、食品卫生监督等等领域已越来越被广泛运用。然而在生物芯片技术中的重要组成部分之一——生物芯片的检测设备却几乎一直依赖国外的产品，其垄断性的昂贵价格，加上复杂的专业分析操作，对我们生物芯片的应用推广造成了许多障碍。因此，开发具有自主知识产权的检测扫描仪具有深远的意义。 本文提出了一种新颖的激光共焦生物芯片扫描仪。仪器基于激光共焦显微镜的理论，采用振镜和远心线性成像物镜实现X向扫描；精密导轨和步进电机实现Y向扫描的检测仪，经验证，扫描仪具有快速、操作简单、检测芯片能力良好等特征，有望弥补市场的空缺。 在本论文中，首先介绍了生物芯片技术的内涵，对检测系统的结构进行了比较分析，提出了检测仪的结构特点和存在的问题的解决方案。重点给出了检测系统研制中，信号的采集与传输的硬件和软件实现，实现了良好的无损数据采集和实时图像重建；然后通过采集成像实验，对扫描仪的性能参数即分辨率和灵敏度进行扫描分析，对系统结构加以调整和改进，最终达到了5um分辨率和接近1荧光分子／um~2的灵敏度指标。最后给出了深圳益生堂公司提供的丙肝病毒抗体蛋白芯片HCV芯片的检测实验结果。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
绪论  7-11
  1 研究背景和意义  7-8
  2 研究现状  8-9
  3 课题任务和论文的主要内容  9-11
第一章 激光共焦生物芯片扫描仪的概述  11-20
  1.1 生物芯片的概念  11-12
  1.2 生物芯片的发展  12
  1.3 生物芯片的应用  12-13
  1.4 生物芯片的荧光物质  13-15
  1.5 生物芯片荧光信号的检测  15-20
    1.5.1 激光共焦芯片扫描仪  16-17
    1.5.2 CCD型芯片扫描仪  17-18
    1.5.3 激光共焦扫描仪与CCD扫描仪的比较  18-20
第二章 共焦扫描仪的光路结构  20-31
  2.1 传统机械二维X、Y线性扫描技术的典型结构  20-22
  2.2 光机结合的二维扫描技术扫描仪结构  22-24
    2.2.1 远心线性成像物镜的特点  22
    2.2.2 光机结合的扫描结构  22-23
    2.2.3 光机二维扫描结构的注意点  23-24
  2.3 共焦生物芯片扫描的光束分离器设计  24-30
    2.3.1 色彩二向或多向过滤器和几何光束分离器  25-27
    2.3.2 几何光束分离器的尺寸设计  27-30
  2.4 小结  30-31
第三章 扫描仪信号采集的硬件系统  31-44
  3.1 光电倍增管  31-33
    3.1.1 光电倍增管概述  31-32
    3.1.2 本系统用的光电倍增管H7712-04  32-33
  3.2 PCI数据采集卡  33-44
    3.2.1 本系统采用的PCI-9111HR数据采集卡  34-36
    3.2.2 PCI-9111HR连接器及接口信号  36-37
    3.2.3 PCI-9111HR端子板的连接  37-38
    3.2.4 PCI-9111HR采集卡硬件运行相关问题  38-44
第四章 数据采集的软件实现  44-62
  4.1 PCI-9111HR数据采集卡的程序设计  44-50
    4.1.1 头文件和库函数  45
    4.1.2 初始化采集卡  45-48
    4.1.3 数据采集  48-50
    4.1.4 I／O编程  50
  4.2 数据的存储和图像重建  50-57
    4.2.1 图像重建涉及的问题  50-53
    4.2.2 图像实时显示的软件实现  53-57
  4.3 扫描图像(微阵列图像)保存为TIFF格式的实现  57-61
  4.4 小结  61-62
第五章 扫描图的分析方法和实验结果  62-74
  5.1 微阵列图像的分析步骤和方法  62-66
  5.2 影响微阵列图像的分析的因素  66-67
    5.2.1 分辨率和灵敏度  66-67
    5.2.2 采集图像的噪声  67
  5.3 扫描仪扫描成像实验和生物芯片扫描结果  67-72
    5.3.1 分辨率检测成像图  67-69
    5.3.2 灵敏度实验扫描图  69-70
    5.3.3 丙型肝炎病毒蛋白芯片扫描图  70-72
  5.4 小结  72-74
第六章 总结和展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间的论文  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 外部设备 > 输入设备
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