便携式微流控芯片信号检测与处理方法研究

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微流控芯片技术是微全分析系统的一个重要分支。因其具有分离效率高、样品消耗少和环境污染程度低等诸多优点备受关注,经过几十年的发展,现已渗透到生命科学、生物医学、分析化学等众多领域。目前常用的微流控芯片检测分析设备多以实验室为应用背景,存在体积大、成本高、作业范围受限制等问题。因此,研究一种方便携带、通用性强的微流控芯片检测系统具有重要意义。此外,由于微流控芯片信号非常微弱,极易受到高频噪声和低频基线漂移等影响,所以,信号去噪和基线校正是微流控芯片检测分析系统的关键问题。论文首先分析了微流控芯片检测的原理,比较了不同的微流控芯片信号检测方法,再介绍了微流控芯片信号的特点及噪声来源,为微流控芯片信号的检测与处理方法研究奠定了理论基础。其次,基于小波变换对微流控芯片信号处理方法进行研究。针对微流控芯片信号易受到高频噪声干扰,提出一种改进阈值函数的微流控芯片信号去噪方法。仿真实验结果表明,相较现有的Savitzky-Golay、快速傅里叶变换、软阈值法,本文提出的改进阈值函数方法具有较强的去噪能力和峰特征保持能力。针对微流控芯片信号基线漂移问题,采用小波变换将信号分解在不同的频带,利用各尺度小波系数能量之比确定基线,再对代表基线的小波系数进行置零处理,从而有效地校正微流控芯片信号的基线漂移。然后,研究和设计了一种便携式微流控芯片信号检测系统。硬件方面,基于非接触式电导检测原理,以微控制器STM32为核心设计了信号发生、信号检测与信号处理电路,实现了微弱微流控芯片信号的检测;软件设计方面,基于PC机和Android手机结合的双模人机交互模式,构建了微流控芯片信号软件分析平台,实现了信号的实时监测与分析。最后,将本文提出的改进阈值函数去噪方法和基线校正方法应用于自主研制的便携式微流控芯片信号检测系统中。实验表明,本文方法不仅能有效消除噪声、校正基线漂移,还可以很好地保留信号的特征信息,为提高微流控芯片信号分析的精确度提供了有力手段。
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