荧光生物传感器系统研究与设计

作     者：谢玉芳 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡耀华

授予年度：2014年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：食品安全 荧光检测 光电转换 数学模型 

摘      要：绿色食品和食品安全问题是影响人们生活质量的重要问题，而食品中的各种致病菌，如金黄色葡萄球菌、福氏志贺氏菌等，都会污染食品，使人体引起严重疾病。因此，建立一种食品中病原菌检测的简单、快速、准确的检测方法，对于防止食品污染，保证食品安全和人类健康至关重要。 基于目前对免疫纳米磁珠和量子点在食品安全检测方面的发展和应用，本文设计了基于荧光分光光度原理的荧光生物传感器检测系统，通过检测标记病菌的纳米量子点发射荧光光强值，来间接检测病菌含量。本文设计的系统以STC89C52单片机为核心，结合光学、电学和计算机科学等知识，通过硅光电二极管光电转换电路，实现荧光信号转换为电信号，经信号放大和滤波送到A/D转换器，再经单片机系统处理，将检测结果显示在液晶屏上，实现病菌的实时检测与显示，并可实现超限报警功能。本研究的主要内容和结果如下： (1)系统光路模块采用发光二极管作为系统光源，通过G0606M-I光敏二极管光电转换后，由I/V电路得电压信号;(2)设计了系统的硬件电路系统。包括STC89C52单片机、光电转换模块、电压信号处理电路模块、A/D转换模块、液晶显示模块、键盘扫描模块和报警电路模块等;(3)采用C51语言编写系统软件程序。包括主程序、A/D转换子程序、键盘扫描子程序、液晶显示子程序、报警子程序、数据处理子程序等;(4)对系统进行软硬件联调和优化设计。利用Keil uVision2单片机程序调试软件实现C51程序的编译，应用Proteus单片机仿真软件，结合生成的hex程序，进行系统软硬件仿真与联调，对系统元件参数进行改进和优化，得到系统最终设计方案;(5)定量检测模型的建立。利用量子点代替标记的病菌，进行荧光检测，得出在10306CFU/mL菌液浓度范围内的“U—lgN(电压—菌落对数)的线性数学模型，通过相关性验证，表明该模型可行。 经过软硬件的调试与系统测试，本文设计的荧光生物传感器系统能够实现食品病菌检测、计算、比较、显示和超限报警等功能，达到预期目标。