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基于倏逝波的光纤溶血检测技术研究

基于倏逝波的光纤溶血检测技术研究

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作者：白亚亚西安工业大学

学位级别：硕士

血液在人体心脏和毛细血管中不断循环,进而解决人体基本需求。血液内红细胞会因为人体病变或是其他因素而引起破坏,从而造成血红蛋白的溢出,即为溶血。溶血的即刻测定,能够准确有效的诊断疾病的出现。而溶血测定的关键,在于对红细胞与... 详细信息

血液在人体心脏和毛细血管中不断循环,进而解决人体基本需求。血液内红细胞会因为人体病变或是其他因素而引起破坏,从而造成血红蛋白的溢出,即为溶血。溶血的即刻测定,能够准确有效的诊断疾病的出现。而溶血测定的关键,在于对红细胞与游离血红蛋白的高效分离和对游离血红蛋白含量的精确测定。而现有的溶血测量方法存在过程复杂且会产生环境外污染等问题,因此高效准确、无污染地进行溶血测定意义重大,具有重要探讨价值。光纤倏逝波生物传感器具有免标记、实时性好、抗电磁干扰等诸多优点,并且不受纤芯表面除倏逝光波场以外的生物元素的影响,拥有超高的探测灵敏度。因此本文设计了基于光纤倏逝波测量的溶血检测新方案,主要研究内容如下:首先,全面探讨目前所用离心法缺陷问题,同时并针对血液中只含有游离的血红蛋白的需求,设计出微纳过滤结构进行红细胞滤除,另外通过刻蚀技术由单晶硅片上加工出布满5um孔微滤芯片。然后,根据光纤倏逝波传感原理,利用二氧化碳激光熔接机对多模光纤做拉锥处理,再与微滤芯片和保护外壳结合形成光纤倏逝波溶血检测传感器。最后,搭建了光纤倏逝波溶血检测系统,通过以FPGA为内核芯片的控制电路进行光谱数据采集,利用强度解调算法对光谱数据进行解算,以快速准确地得到血红蛋白浓度。根据以上研究内容,实验测得血液中血红蛋白含量准确度达到了5mg/L。由于人工溶血配置不同浓度的血红蛋白溶液过程中,实际、理想稀释程度间难免出现相应偏差,测量浓度与实际浓度相比,最大测量误差为9.35%。

关键词：光纤倏逝波生物传感器熔融拉锥溶血检测微滤芯片强度解调算法

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用于快速溶血检测的光纤式传感技术研究

用于快速溶血检测的光纤式传感技术研究

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作者：谢田宠西安工业大学

学位级别：硕士

血液在人体的心脏和血管内循环,是维持人体健康的必要条件。血液中的红细胞会由于身体疾病或者其他原因破裂,导致血红蛋白溢出,即为发生溶血。溶血检测可以及时准确的判断疾病的发生。但是当前溶血检测方法步骤繁琐、存在外污染物等问... 详细信息

血液在人体的心脏和血管内循环,是维持人体健康的必要条件。血液中的红细胞会由于身体疾病或者其他原因破裂,导致血红蛋白溢出,即为发生溶血。溶血检测可以及时准确的判断疾病的发生。但是当前溶血检测方法步骤繁琐、存在外污染物等问题。所以如何快速、精确、无污染地完成溶血检测,意义重大,极具探索价值。对于溶血检测而言,关键在于红细胞和游离血红蛋白的有效分离并准确测量游离血红蛋白浓度。本文设计了基于法珀腔折射率测量的溶血检测新方案。法珀腔折射率生物传感器具有免标记、高灵敏度、实时性好、抗电磁干扰等诸多优点,近年来得到广泛应用和研究。本文使用通过深硅刻蚀和镀膜制备的微滤芯片来完成红细胞的滤除,通过由单模光纤端面和微滤芯片构成的非本征法珀腔完成光谱信息的采集,并采用以FPGA为核心芯片的处理电路完成折射率信息的计算。具体研究工作如下:首先,基于对当前所使用的离心法弊端的分析,并根据滤除红细胞的需求,设计出了一种微纳滤除结构。并通过刻蚀和镀膜加工了一个布满5μm孔的微滤芯片,使用此微结构配合蠕动泵即可替代离心,减小二次溶血的几率。其次,对比当前存在的游离血红蛋白浓度测量方法,确定了采用通过折射率测量浓度的方案。根据高精度测量液体折射率的需求,确定了采用非本征型光纤法珀腔光纤传感器的方案。最后,根据折射率解算需求,设计了以FPGA为核心芯片的光谱信息处理电路和高精度互相关算法,快速精确完成折射率值和浓度值的计算。配合溶血检测传感器构成光纤微流快速溶血检测系统。基于上述研究内容,经实验得折射率测量精确度能达到0.0001,血红蛋白浓度测量精确度可达10mg/L。由于稀释过程存在配比有误差的问题,配置出溶液的稀释程度和理论稀释程度存在偏差,测量浓度与实际浓度相比,最大测量误差8.13%,最小测量误差1.04%。

关键词：法珀腔折射率生物传感器溶血检测微滤芯片互相关算法

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