干细胞是具有自我更新和高度增殖能力的一类细胞,在再生医学领域具有广阔的应用前景。大量具有高活力、无损伤的干细胞是进行干细胞生物学研究和临床应用的重要前提。因此,实时准确地获取细胞的生理状态信息具有重要的研究价值。针对现有干细胞状态信息检测手段的局限性和不足,本文基于光学检测技术的无标记、非侵入等优势,结合生物光子辐射对细胞生理状态灵敏的指示特性,设计并搭建了适用于活体干细胞的生物光子检测系统,旨在为进一步研究生物超弱光子辐射与干细胞生理状态的关联性提供可靠的实验平台。本文的主要研究内容如下:(一)根据生物光子的辐射强度低和辐射过程非稳态等特点,基于单光子计数测量原理,结合多通道时序控制技术,提出了一种适用于活体干细胞的生物光子检测系统的设计方案。(二)采用高压氙灯作为照射光源,利用光纤及耦合透镜设计系统传输光路,使用食品级不锈钢设计样品暗室,提高了系统的灵活性和避光性。采用高灵敏、低噪声的光电倍增管和快速响应的多通道光子计数器,提高了系统的集成度和灵敏度,降低了系统的噪声水平。(三)针对活体干细胞延迟发光检测对时序控制的需求,提出了一种基于ARM+FPGA架构的多通道时序控制器的设计方案,并进行了仪器的产品化设计。以ARM芯片STM32F103ZET6和FPGA芯片EP3C16Q240C8N为核心设计了多通道时序控制器的硬件电路,并基于此硬件平台进行了 FPGA逻辑电路设计,ARM软件设计,触摸屏的界面设计以及上位机软件设计,实现了 8通道并行输出、时序精度为1μs,双通道触发响应和以太网远程控制等功能。(四)搭建了以多通道时序控制器为控制核心的活体干细胞生物光子检测系统,并进行了干细胞检测实验。实验结果显示本文所研制的活体干细胞生物光子检测系统具有检测精度高(4.6×105/s·pW,at 600nm)、噪声水平低(暗计数低于20光子/秒)、测量滞后时间短(约35ms)、扩展性强、应用灵活性高等特点,满足活体细胞光诱导延迟发光的测量要求,可为进一步研究生物超弱光子辐射与干细胞生理状态信息的关联性提供稳定可靠的测量工具。