微通道表面增強拉曼光譜儀精確掃描系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、拉曼光譜分析技術(shù)是一門以光的拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)的非接觸式光譜分析技術(shù)，它能對物質(zhì)成份結(jié)構(gòu)進行定性和定量分析。由于具有無損，快速，實時等特點，成為了生物醫(yī)藥，分析化學(xué)，基因遺傳等研究領(lǐng)域的重要裝備，具有廣闊的市場前景。目前該類光譜儀主要依靠國外進口，價格非常昂貴，一般高達幾十萬美元，只有少數(shù)單位有實力使用，制約了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。因此利用國內(nèi)外成熟技術(shù)，研制低成本，專業(yè)化的拉曼光譜儀，不但可以滿足大量潛在國內(nèi)用戶的需求，而且還可以推動儀

2、器設(shè)計等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，具有重大的現(xiàn)實意義及長遠意義。 充分考慮用戶需求，去除冗余功能，選用已集成化的零部件，在設(shè)計過程中進行合理的精度分配，是降低光譜儀總成本的有效手段。本文所設(shè)計的拉曼光譜儀，主要用于生物反應(yīng)過程研究和制藥藥物篩選，使用了集成化，低成本的光纖拉曼探針及通用的精密三維運動平臺，能較好的滿足國內(nèi)用戶低成本使用的要求。 本文從儀器的原理出發(fā)，首先簡述了拉曼光譜及光纖拉曼探針的原理，然后結(jié)合應(yīng)用特點從理論上構(gòu)

3、建了生物芯片掃描系統(tǒng)。進而進行了儀器的總體設(shè)計。簡述了各個功能模塊的設(shè)計方案，包括光學(xué)模塊，芯片模塊，掃描動作模塊及其他輔助模塊。并抽取影響儀器性能及成本的精確掃描系統(tǒng)進行了詳細的設(shè)計計算，以達到盡可能高的性價比。 在進行精確掃描系統(tǒng)的設(shè)計過程中，使用統(tǒng)計學(xué)的方法，建立了生物分子團及激光光斑的量化的數(shù)學(xué)模型。利用拉曼表面增強技術(shù)設(shè)計了合適的掃描對焦方案。使用多次坐標轉(zhuǎn)換完成生物分子團和激光光斑在同一坐標系下的表達，并且利用機器視

4、覺技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的精確定位，為掃描系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。最后運用精度分析及誤差分配的方法計算了掃描環(huán)節(jié)的各類靜態(tài)誤差，完成了定位系統(tǒng)的設(shè)計選型及校核。 在本文的最后部分描述了該儀器原型機的裝配及調(diào)試情況，并且使用三聚氰胺進行了初期測試。結(jié)果表明，系統(tǒng)能利用拉曼表面增加效應(yīng)進行自動對焦工作，能夠在200個樣本點的規(guī)模上完成精確掃描任務(wù)，達到了最初的設(shè)計要求。同時發(fā)現(xiàn)，利用集成化的光纖拉曼探針系統(tǒng)對于反應(yīng)過程中物質(zhì)的定量分析存在較大困