免疫荧光检测仪的硬件设计与实现
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学位论文使用授权说明
本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定， 即： 研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 （保密论文在 解密后遵守此规定）
I
杭州电子科技大学学位论文
第五部分对本文设计的免疫荧光检测仪做了详细的测试，包括单板测试和整 机测试。单板测试包括了电源系统的测试、信号链的测试和接口电路的测试，整 机测试包括了检测性能测试和功耗测试，测试结果证明了本设计达到了预定的设 计指标，表明了该方法的可行性和实用性。 第六部分作了全文总结与展望。 关键词：瘦肉精，激光诱导荧光技术，免疫层析技术，半导体激光器，光敏二极 管
The hardware design and implementation of immunofluorescence detector
Candidate : Xiao Hong Supervisor: Wang Jian Professor
March,2014
杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明
II
ABSTRACT
With the enhancement of economy and the quality of life improved, people pay more and more attention to food safety, however, it still exists danger in the food. For example, meat products maybe contain clenbuterol which will cause serious damage to our body after eating the meat products. In order to detect the clenbuterol content rapidly, this paper presents the technique detection clenbuterol based on laser-induced fluorescence technology, which is carried out on the basis of GICA and ELISA detection methods. The GICA is bad in stability and repeatability, likely to cause false detection, and the ELISA can be only used as a qualitative or semi-quantitative detection. In this paper, the immune fluorescence detector overcomes the defects of the GICA and ELISA, and achieves a rapid, accurate, quantitative measurement of the clenbuterol content, which is also very good in stability and repeatability. The detection process as follows. First, a diluted sample is dropped on the reagent card made by immune chromatography technique. Then irradiate the reagent card with a 638nm wavelength laser diode to excite the fluorescence which is received by the photodiode. Finally, collect the fluorescence intensity to achieve the detection of clenbuterol’s concentration. Experiment shows that the method of clenbuterol detection designed in this paper not only provides a quantitative detection, but also shortens the testing time and improves the stability and repeatability. The paper mainly researches the hardware design and implementation of the immune fluorescence detector, including six parts. The first part introduces the research background and significance of the immune fluorescence detector, and the situation and development trend of the existing detection methods. It also points out the problems and establishes the main research contents of this paper. The second part introduces the principle and the composition of the immune fluorescence detector. Firstly, the paper introduces the principle of immune fluorescence techniques. Secondly, the paper introduces the production principle and the production process of the test strip. Thirdly the paper introduces the principle of laser-induced fluorescence. Finally, the paper proposes the indicators of the instrument, pointing out the direction for the design below.
硕
士
学
位
论
文
题
目:免疫荧光检测仪的硬件设计与实现
研 究 生 专 业
肖泓 电路与系统 王健 研究员
指导教师
完成日期
2014 年 03 月
杭州电子科技大学硕士学位论文
免疫荧光检测仪的硬件设计与实现
研 究 生： 肖泓 指导教师： 王健 研究员
2014 年 03 月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master
论文作者签名：
日期：
年
月
日
指导教师签名：
日期：
年
月
日
杭州电子科技大学学位论文
摘
要
随着我国经济水平的提升，人民生活质量的提高，人民群众对食品安全也越 来越重视，然而在食品中仍然存在安全隐患。例如肉类食品中可能含有瘦肉精， 食用含瘦肉精的肉制品会对我们身体造成严重伤害。 为了能快速检测出肉制品中的瘦肉精成分，本文提出了基于激光诱导荧光技 术的免疫荧光检测瘦肉精的方法，该方法是在胶体金免疫层析法和酶联免疫法这 两种瘦肉精检测方法的基础上进行改良的。胶体金免疫层析法检测的稳定性和重 复性较差，容易造成误检；而酶联免疫法只能用作定性检测或半定量检测。本论 文设计的免疫荧光检测仪克服了以上两种方法的检测缺陷，可以快速、精确定量 测量检测肉类食品中瘦肉精的浓度，其稳定性和重复性也很好。其检测过程是， 首先将稀释好的样品滴加在用免疫层析技术制作的试纸卡上，然后使用638nm波长 的半导体激光器照射试纸卡，激发出的荧光通过光敏二极管接收，荧光的强度与 瘦肉精含量相关，通过采集荧光强度来实现瘦肉精含量的检测。经过实验验证， 本论文提出的瘦肉精检测方法，不仅提供了一个量化检测指标，而且还缩短了检 测时间和提高了测量稳定性与重复性。 本论文主要研究免疫荧光检测仪的硬件设计与实现，主要分为六个部分： 第一部分主要介绍免疫荧光检测仪的研究背景与意义，瘦肉精的现有检测方 法在国内外研究现状与发展趋势，指出了存在的问题，确立了本文的主要研究内 容。 第二部分介绍了免疫荧光检测仪的系统原理和组成，首先介绍了免疫荧光技 术的原理，然后对试纸条的免疫层析技术制作原理和制作过程作了说明，接着介 绍了激光诱导荧光技术的原理，最后对仪器的硬件指标和检测指标提出了要求， 为后续章节的设计指明了方向。 第三部分详细介绍了免疫荧光检测仪的光学系统的设计，首先对光学系统设 计作了说明，然后重点介绍了光学器件的参数，同时提出了设计目标和允许的公 差范围。 第四部分详细介绍了本文的硬件系统设计，首先提出了免疫荧光检测仪的硬 件系统组成，然后对各个子系统进行了详细的原理分析和设计分析，包括处理器 系统模块的设计、人机交互模块的设计、驱动模块的设计、信号链模块的设计、 电源系统模块的设计和 PCB 设计。
原创性声明
本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日
III
The third part introduces the design of immune fluorescence detector’s optical system in detail. First of all, the paper gives an explanation of the optical system design, and then focuses on the parameters of the optical device, and proposes design goals and allowed tolerances. The fourth section details the hardware system design of this paper. First of all, the paper proposes hardware system compositions of immune fluorescence detector, then details each subsystem’s principle analysis and design analysis, including the designs of the processor system module, HMI module, driven module, signal chain module, power system module and PCB module. The fifth part makes detailed tests of the immune fluorescence detector, including board test and system test. Board test includes the power system testing, the signal chain testing, interface circuit testing. The system test includes the performance testing and power consumption testing. The tests show that the design achieves the intended design specifications, and is feasible and practical. The sixth part makes full summary and outlook. Keywords: clenbuterol, laser-induced fluorescence technique, immune
学位论文使用授权说明
本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定， 即： 研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 （保密论文在 解密后遵守此规定）
I
杭州电子科技大学学位论文
第五部分对本文设计的免疫荧光检测仪做了详细的测试，包括单板测试和整 机测试。单板测试包括了电源系统的测试、信号链的测试和接口电路的测试，整 机测试包括了检测性能测试和功耗测试，测试结果证明了本设计达到了预定的设 计指标，表明了该方法的可行性和实用性。 第六部分作了全文总结与展望。 关键词：瘦肉精，激光诱导荧光技术，免疫层析技术，半导体激光器，光敏二极 管
The hardware design and implementation of immunofluorescence detector
Candidate : Xiao Hong Supervisor: Wang Jian Professor
March,2014
杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明
II
ABSTRACT
With the enhancement of economy and the quality of life improved, people pay more and more attention to food safety, however, it still exists danger in the food. For example, meat products maybe contain clenbuterol which will cause serious damage to our body after eating the meat products. In order to detect the clenbuterol content rapidly, this paper presents the technique detection clenbuterol based on laser-induced fluorescence technology, which is carried out on the basis of GICA and ELISA detection methods. The GICA is bad in stability and repeatability, likely to cause false detection, and the ELISA can be only used as a qualitative or semi-quantitative detection. In this paper, the immune fluorescence detector overcomes the defects of the GICA and ELISA, and achieves a rapid, accurate, quantitative measurement of the clenbuterol content, which is also very good in stability and repeatability. The detection process as follows. First, a diluted sample is dropped on the reagent card made by immune chromatography technique. Then irradiate the reagent card with a 638nm wavelength laser diode to excite the fluorescence which is received by the photodiode. Finally, collect the fluorescence intensity to achieve the detection of clenbuterol’s concentration. Experiment shows that the method of clenbuterol detection designed in this paper not only provides a quantitative detection, but also shortens the testing time and improves the stability and repeatability. The paper mainly researches the hardware design and implementation of the immune fluorescence detector, including six parts. The first part introduces the research background and significance of the immune fluorescence detector, and the situation and development trend of the existing detection methods. It also points out the problems and establishes the main research contents of this paper. The second part introduces the principle and the composition of the immune fluorescence detector. Firstly, the paper introduces the principle of immune fluorescence techniques. Secondly, the paper introduces the production principle and the production process of the test strip. Thirdly the paper introduces the principle of laser-induced fluorescence. Finally, the paper proposes the indicators of the instrument, pointing out the direction for the design below.
硕
士
学
位
论
文
题
目:免疫荧光检测仪的硬件设计与实现
研 究 生 专 业
肖泓 电路与系统 王健 研究员
指导教师
完成日期
2014 年 03 月
杭州电子科技大学硕士学位论文
免疫荧光检测仪的硬件设计与实现
研 究 生： 肖泓 指导教师： 王健 研究员
2014 年 03 月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master
论文作者签名：
日期：
年
月
日
指导教师签名：
日期：
年
月
日
杭州电子科技大学学位论文
摘
要
随着我国经济水平的提升，人民生活质量的提高，人民群众对食品安全也越 来越重视，然而在食品中仍然存在安全隐患。例如肉类食品中可能含有瘦肉精， 食用含瘦肉精的肉制品会对我们身体造成严重伤害。 为了能快速检测出肉制品中的瘦肉精成分，本文提出了基于激光诱导荧光技 术的免疫荧光检测瘦肉精的方法，该方法是在胶体金免疫层析法和酶联免疫法这 两种瘦肉精检测方法的基础上进行改良的。胶体金免疫层析法检测的稳定性和重 复性较差，容易造成误检；而酶联免疫法只能用作定性检测或半定量检测。本论 文设计的免疫荧光检测仪克服了以上两种方法的检测缺陷，可以快速、精确定量 测量检测肉类食品中瘦肉精的浓度，其稳定性和重复性也很好。其检测过程是， 首先将稀释好的样品滴加在用免疫层析技术制作的试纸卡上，然后使用638nm波长 的半导体激光器照射试纸卡，激发出的荧光通过光敏二极管接收，荧光的强度与 瘦肉精含量相关，通过采集荧光强度来实现瘦肉精含量的检测。经过实验验证， 本论文提出的瘦肉精检测方法，不仅提供了一个量化检测指标，而且还缩短了检 测时间和提高了测量稳定性与重复性。 本论文主要研究免疫荧光检测仪的硬件设计与实现，主要分为六个部分： 第一部分主要介绍免疫荧光检测仪的研究背景与意义，瘦肉精的现有检测方 法在国内外研究现状与发展趋势，指出了存在的问题，确立了本文的主要研究内 容。 第二部分介绍了免疫荧光检测仪的系统原理和组成，首先介绍了免疫荧光技 术的原理，然后对试纸条的免疫层析技术制作原理和制作过程作了说明，接着介 绍了激光诱导荧光技术的原理，最后对仪器的硬件指标和检测指标提出了要求， 为后续章节的设计指明了方向。 第三部分详细介绍了免疫荧光检测仪的光学系统的设计，首先对光学系统设 计作了说明，然后重点介绍了光学器件的参数，同时提出了设计目标和允许的公 差范围。 第四部分详细介绍了本文的硬件系统设计，首先提出了免疫荧光检测仪的硬 件系统组成，然后对各个子系统进行了详细的原理分析和设计分析，包括处理器 系统模块的设计、人机交互模块的设计、驱动模块的设计、信号链模块的设计、 电源系统模块的设计和 PCB 设计。
原创性声明
本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日
III
The third part introduces the design of immune fluorescence detector’s optical system in detail. First of all, the paper gives an explanation of the optical system design, and then focuses on the parameters of the optical device, and proposes design goals and allowed tolerances. The fourth section details the hardware system design of this paper. First of all, the paper proposes hardware system compositions of immune fluorescence detector, then details each subsystem’s principle analysis and design analysis, including the designs of the processor system module, HMI module, driven module, signal chain module, power system module and PCB module. The fifth part makes detailed tests of the immune fluorescence detector, including board test and system test. Board test includes the power system testing, the signal chain testing, interface circuit testing. The system test includes the performance testing and power consumption testing. The tests show that the design achieves the intended design specifications, and is feasible and practical. The sixth part makes full summary and outlook. Keywords: clenbuterol, laser-induced fluorescence technique, immune