荧光偏振免疫分析仪关键技术研究

发布时间：2017-10-19 01:27

  本文关键词：荧光偏振免疫分析仪关键技术研究

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【摘要】：荧光偏振免疫分析仪作为免疫检测与分析的主要设备,亟待实现国内自主研制。在传染病防控、农药残留、食品添加剂和环境监测等领域荧光偏振免疫分析仪均具有广阔的应用前景。光学系统作为仪器的核心部分,主要由照明系统、荧光激发光学系统和荧光检测光学系统组成。本论文以荧光偏振免疫分析仪光学系统设计为研究方向,对照明系统及光学系统关键单元进行了光学设计和仿真研究。首先,本文简单叙述了荧光免疫分析技术,总结了荧光偏振免疫分析技术国内外的研究现状。详细讨论了荧光的动力学理论和荧光偏振免疫技术,并将其与非均相标记免疫方法进行了对比分析。通过荧光动力学的物理计算最终确定了光学系统的整体设计方案。其次,对仪器照明系统和光学系统各单元进行了设计,具体内容如下:1、根据荧光的激发特性,通过物理计算确定照明系统设计方案。提出采用LED作为激发光源,利用几何光学理论建立光源与目标面之间的关系方程确定面型参数,得到了口径小、结构紧凑且准直度高的配光系统。仿真结果表明,对1 mm×1 mm的LED面光源可以实现发散角为±2.4°的准直照明,系统能量利用率可达85%以上。该照明系统为荧光偏振免疫分析仪光学系统的小型化提供了一种有效的设计方案。2、提出荧光激发光学系统和荧光检测光学系统共光路的工作方式,确定共光路物镜的设计需求。完成了NA=0.4,工作距离为8 mm的共光路物镜设计。较大NA的物镜结构可以有效地提高荧光的收集效率。在荧光检测光学系统完成了与共光路物镜相匹配的聚焦透镜组的设计,有效增加了进入PMT接收窗的荧光量子数。最后,本文对荧光偏振免疫分析仪光学系统进行了模块化设计,给出了模块化结构设计模型。通过光学设计软件对光学系统进行了整体仿真分析,为成功研制出具有自主知识产权的荧光偏振免疫分析仪奠定了条件。
【关键词】：荧光偏振免疫分析 荧光 非成像光学理论 光学系统设计
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 荧光免疫技术研究现状13-15
• 1.2.2 荧光免疫仪器研究现状15-18
• 1.3 论文主要内容及章节安排18-20
• 第2章 荧光偏振免疫分析仪总体设计20-38
• 2.1 荧光基本原理20-25
• 2.1.1 荧光产生机理20-22
• 2.1.2 荧光的激发光谱与发射光谱22-23
• 2.1.3 荧光寿命与荧光量子产率23-24
• 2.1.4 影响荧光量子产率的因素24-25
• 2.2 荧光素25-26
• 2.3 荧光偏振与荧光各向异性26-29
• 2.4 荧光偏振免疫分析29-33
• 2.4.1 FPIA原理29-30
• 2.4.2 FPIA方法定量分析30-32
• 2.4.3 荧光偏振免疫分析类型32-33
• 2.4.4 FPIA方法优缺点33
• 2.5 荧光偏振免疫分析仪总体设计33-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第3章 荧光偏振免疫分析仪照明系统设计38-58
• 3.1 非成像光学及相关设计理论38-41
• 3.1.1 非成像光学的起源与发展38
• 3.1.2 非成像光学相关概念38-40
• 3.1.3 非成像光学设计理论40-41
• 3.2 B样条曲线拟合理论41-42
• 3.3 LED的光学特性42-46
• 3.3.1 LED的发光原理42-43
• 3.3.2 LED的光谱特性43-44
• 3.3.3 LED的配光特性44-46
• 3.4 照明系统组成及工作原理46-47
• 3.5 建立自由曲面照明系统47-56
• 3.5.1 自由曲面斜率的求解48-50
• 3.5.2 构造自由曲面50-52
• 3.5.3 模拟仿真及结果分析52-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 荧光偏振免疫分析仪光学系统设计58-72
• 4.1 光学系统组成及工作原理58-61
• 4.2 激发光学系统设计61-66
• 4.2.1 激发光学系统设计要求61-62
• 4.2.2 物镜设计62-64
• 4.2.3 物镜仿真分析64-66
• 4.3 检测光学系统设计66-69
• 4.3.1 聚焦物镜设计66-67
• 4.3.2 聚焦物镜仿真分析67-69
• 4.4 光学系统模型的建立与分析69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第5章 总结与展望72-74
• 5.1 本文总结72-73
• 5.2 研究展望73-74
• 参考文献74-78
• 在学期间学术成果情况78-79
• 指导教师及作者简介79-80
• 致谢80

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本文编号：1058273