光纤倏逝波生物传感器系统研究

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光纤倏逝波生物传感器作为生物传感器的一个重要分支,有着30多年的发展历史。由于其具有独特的优势在水质监测、食品卫生检测、生物战剂检测等方面有着巨大的应用潜力。本文在研究了光纤倏逝波生物传感器工作原理和基本结构的基础上,构建了光纤倏逝波生物传感器系统。由于探针产生的荧光信号属于微弱信号,并且伴随则强激光信号和系统噪声,因此怎样从强噪声中提取出微弱的荧光信号是整个系统的关键。针对这个问题,本文从两个方面着手解决:一方面通过结合倏逝波理论和模式匹配理论,采用几何光学的方法对组合型探针结构进行了设计,提高了探针的效率。另一方面由于传统光纤倏逝波生物传感器检测平台分立元件多,系统噪声大的缺点,构建了FPGA+LabVIEW系统平台。通过在FPFA上构造片上子系统,采用NiosⅡ软核处理器作为控制器,实现了对A/D采样、DDS信号产生、UART通讯口的控制。该系统集数据采集、数据传输、调制信号产生于一体,极大的减少了系统分立元件的个数,提高了系统集成度和信噪比。上位机则使用LabVIEW软件,实现了锁相检测、上位机与FPGA的串口数据通讯,界面显示等功能。最后对所构建的光纤倏逝波生物传感器系统进行了实验研究,实验结果表明,系统对Cy5溶液的浓度检测可达0.1umol/L,能满足实际生物物质检测中较高精度的应用要求。系统具有稳定性好、体积小和结构简单的特点,适合现场检测的系统结构要求。
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