基于諧振微懸臂梁檢測(cè)人免疫球蛋白G生物傳感器研究.pdf

1、微懸臂梁傳感器以其高精度、高靈敏度、低成本、易陣列化等優(yōu)點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、航空航天工程、生化檢測(cè)等領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。本文以人免疫球蛋白G（human ImmunoglobulinG，hIg G）為檢測(cè)對(duì)象，在電熱激勵(lì)-壓阻拾振式微懸臂梁的理論基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，利用微懸臂梁的諧振頻率與等效質(zhì)量之間的關(guān)系，構(gòu)建了一種新型的的諧振微懸臂梁生物傳感器用于hI g G的檢測(cè)。其主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　根據(jù)鎖相環(huán)的頻率跟蹤特性，設(shè)計(jì)

2、了模擬閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由基于MAX038的鎖相環(huán)、濾波器、差分放大電路、移相器、波形變換器以及分頻電路等模塊組成。對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)并仿真：微懸臂梁的諧振頻率是激勵(lì)頻率的2倍，諧振頻率為18.18 kHz，與微懸臂梁的理論值一致。雖然模擬閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)在鎖相環(huán)鎖定后比較穩(wěn)定，但是它不能使環(huán)路自主的鎖定。
　　為了快速、準(zhǔn)確的尋找微懸臂梁的諧振頻率并鎖定，以FPG A為控制核心，并結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路、濾波電路、顯示電

3、路以及基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)了基于FPGA的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，基于FPGA的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性而且精度可以達(dá)到0.1 Hz。該閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)帶有掃頻功能，能夠使環(huán)路自主鎖定，從而使整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)更加智能化。
　　利用FPGA設(shè)計(jì)了程控電壓源，并將程控電壓源的輸出作用于MAX038，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)與模擬閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)合?？朔?shù)字閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性不足、模擬閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)掃頻困難的缺陷，使整個(gè)系統(tǒng)

4、更加準(zhǔn)確化、智能化。
　　采用生物修飾方法將 hI g G的抗體修飾在微懸臂梁上，并通過(guò)掃描電鏡對(duì)微懸臂梁表面進(jìn)行表征分析；通過(guò)抗原-抗體的特異性識(shí)別把hI g G捕獲到微懸臂梁上，利用懸臂梁諧振頻率與等效質(zhì)量之間的關(guān)系和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)hI g G進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微懸臂梁生物傳感器的諧振頻率和hI g G濃度呈良好的線性關(guān)系，在hIg G濃度為20μg/mL-100μg/mL的范圍內(nèi)，其回歸方程為?f(Hz)=0.6174