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便携式磁弹性传感器检测系统优化及应用研究

【摘要】:磁弹性传感器是一种基于磁弹性传感技术的新型传感检测技术。经过多年的发展,磁弹性传感器作为一种无源无线的生物传感器,其研究应用遍及无损检测、生物活体检测、环境监测和食品安全等诸多检测领域。与传统传感器比较,有高灵敏度、无源无线测量、低成本、快速检测等优势,尤其是在生物医学测试领域,有广阔的发展趋势和应用前景。首先,本文调研了磁弹性传感器的基本原理及国内外检测装置的发展现状,并讨论分析了三种检测共振频率测量的方法。基于阻抗测量法,通过对硬件电路的设计和对软件算法的设计,对基于STM32的便携式磁弹性检测系统进行了优化设计。在电路方面,设计温度传感器检测集成电路;软件方面将检测算法优化,增加数据存储功能,通过编写算法控制温度。能够实时检测温度使得抗原抗体处于最适宜的温度,保证抗原与修饰在磁弹性传感器表面的抗体最佳结合;将所采集到的数据通过软硬件优化后,得到的数据更具准确性,使得波形更加平滑,减少了偶然脉冲性干扰所引起的影响;通过优化数据存储,将数据进行分析计算处理后,可以通过检测到的共振频率的偏移量计算出待溶液浓度,并且将其在LCD液晶显示屏上面显示出来,将仪器从定性转换为定量。并对测量系统的测量精度及可靠性进行了实验测量;结果表明该系统可用于磁弹性传感器共振频率的测量。然后,用本设计的便携式系统检测猪血清溶液中的CSFV E2抗体水平,以确定注射疫苗情况。采用ELISA试剂盒和ROC曲线进一步标定便携式猪瘟病毒E2抗体检测设备。结果表明,该便携式检测设备与ELISA试剂盒检测结果吻合良好,准确率为98.33%,能够快速、准确地检测CSFV E2抗体。具有良好的特异性和稳定性。最后,对便携式磁弹性传感器检测系统进行应用研究。将便携式磁弹性传感器检测系统用于以微升规模的小样本量快速、经济高效地检测人血清白蛋白。经过验证,使用不同浓度的人血清白蛋白溶液,便携式设备的性能可与矢量网络分析仪AV3620媲美。共振频率偏移与人血清白蛋白浓度在0.1至100μg/m L范围内成线性比例,线性高达0.998,灵敏度为8.70 Hz/μg.m L-1,检出限为0.039μg/m L,表明这种方法的可行性很好。同时,这种便携式磁弹性生物传感器的响应迅速且针对人血清白蛋白目标。该磁弹性生物传感器显示出用于诊断人血清白蛋白异常的高潜力。

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