反射率差分調(diào)制型生物傳感器檢測系統(tǒng)及圖像處理研究.pdf

1、近年來，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等基礎(chǔ)研究迅速發(fā)展，臨床疾病診斷、藥物篩選、免疫學(xué)等實(shí)際應(yīng)用方面需求增多，體內(nèi)測定、細(xì)胞內(nèi)測定、單分子分析、在線測定等高難度需求挑戰(zhàn)增強(qiáng)。受以上因素驅(qū)動(dòng)，高通量光學(xué)生物傳感器成為熱門研究領(lǐng)域。反射率差分調(diào)制型光學(xué)生物傳感器是一種高通量的光學(xué)生物傳感器，本文從以下方面對其展開了研究：
　　首先，總結(jié)常用的光學(xué)生物傳感器檢測系統(tǒng)特征，分析高通量光學(xué)生物傳感領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和實(shí)際需求，針對反射率差分

2、調(diào)制型生物傳感器的特點(diǎn)，兼顧通用性和普適性，提出本文的檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
　　其次，編寫程序?qū)崿F(xiàn)了對檢測系統(tǒng)中光源控制系統(tǒng)和相機(jī)控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程各項(xiàng)參數(shù)的精確控制，并測試評估了相關(guān)硬件的性能特點(diǎn)。提高了傳感器數(shù)據(jù)采集的效率和可控性，為開展實(shí)驗(yàn)提供了硬件基礎(chǔ)。
　　再次，針對本系統(tǒng)所采集圖像的特點(diǎn)，研究了常用的圖像復(fù)原、圖像分割和圖像提取算法在本系統(tǒng)中的適用性，針對圖像中存在的脈沖（椒鹽）噪聲和高斯噪聲，選擇了自適應(yīng)中值

3、/維納濾波作為圖像復(fù)原的方案；對比分析了常用的邊緣檢測算子對本系統(tǒng)圖像邊緣提取的效果；考慮到高通量生物傳感中普遍存在的光照條件不均勻、目標(biāo)/背景值較低等不利條件，采用了圖像分塊結(jié)合邊緣檢測增強(qiáng)的大津閾值分割（Otsu）方法進(jìn)行圖像分割；對于分割后的二值化圖像，選擇了連通區(qū)域標(biāo)記法進(jìn)行目標(biāo)提取，完成了圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　最后，開展了系統(tǒng)標(biāo)定和應(yīng)用研究，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了換能器厚度標(biāo)定方案，避免了換能器制作工藝、環(huán)境溫度、光照條件變化

4、等情況帶來的影響，得到了369 nm SiO2膜層附近的工作曲線；通過人免疫球蛋白G（人IgG）與兔抗人免疫球蛋白G（兔抗人IgG）之間的免疫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，測試不同濃度的兔抗人IgG樣品引起的反射率變化值，反推不同濃度樣品結(jié)合表面探針分子所形成的生物膜層的光學(xué)厚度；通過橢圓偏振方法測試，檢驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本系統(tǒng)單次可對288個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行傳感和數(shù)據(jù)處理、分析；對于不同濃度的兔抗人 IgG樣品，基于紅綠差分的方法得出的反射率變化值?R