反射率差分調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、蛋白質組學、系統(tǒng)生物學等基礎研究迅速發(fā)展，臨床疾病診斷、藥物篩選、免疫學等實際應用方面需求增多，體內測定、細胞內測定、單分子分析、在線測定等高難度需求挑戰(zhàn)增強。受以上因素驅動，高通量光學生物傳感器成為熱門研究領域。反射率差分調制型光學生物傳感器是一種高通量的光學生物傳感器，本文從以下方面對其展開了研究：
　　首先，總結常用的光學生物傳感器檢測系統(tǒng)特征，分析高通量光學生物傳感領域的發(fā)展趨勢和實際需求，針對反射率差分

2、調制型生物傳感器的特點，兼顧通用性和普適性，提出本文的檢測系統(tǒng)設計方案。
　　其次，編寫程序實現了對檢測系統(tǒng)中光源控制系統(tǒng)和相機控制系統(tǒng)及數據存儲過程各項參數的精確控制，并測試評估了相關硬件的性能特點。提高了傳感器數據采集的效率和可控性，為開展實驗提供了硬件基礎。
　　再次，針對本系統(tǒng)所采集圖像的特點，研究了常用的圖像復原、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，選擇了自適應中值

3、/維納濾波作為圖像復原的方案；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/背景值較低等不利條件，采用了圖像分塊結合邊緣檢測增強的大津閾值分割（Otsu）方法進行圖像分割；對于分割后的二值化圖像，選擇了連通區(qū)域標記法進行目標提取，完成了圖像處理系統(tǒng)的設計。
　　最后，開展了系統(tǒng)標定和應用研究，設計并改進了換能器厚度標定方案，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）之間的免疫反應實驗，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合表面探針分子所形成的生物膜層的光學厚度；通過橢圓偏振方法測試，檢驗了實驗效果。實驗結果表明:本系統(tǒng)單次可對288個樣點進行傳感和數據處理、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