微毛细管电泳芯安培检测器的研制.pdfVIP

摘 要 发展高效、快速、集成化的生物样品分析方法是当前分析技术(包 括生物和化学分析)的研究热点。毛细管电泳芯片因为具有易于实现 微型化的特点而发展十分迅速，它是在基于常规毛细管电泳的基本原 理和技术基础上，微型化后可一次完成样品的进样、反应、分离和检 测等一系列任务的一种多功能、快速、高效和低耗的微型分析仪器。 目前它已被成功地应用到药物分析、临床诊断、环境检测等领域中。 毛细管电泳芯片的样品体积很小，因此采用高灵敏度的检测方法 是十分必要的。微毛细管电泳芯片检测器的作用是测定被分析样品经 系统分离处理后有关组分的组成及其含量，检测器的总体性能将影响 整个分析系统的检出限、检测速度、适用范围、体积等指标，是毛细 管电泳芯片分析系统的一个关键部分。安培检测法是用于毛细管电泳 芯片分离末端的一种检测方法，它灵敏度高、易于微型化，是当前应 用在毛细管电泳芯片中最为广泛的电化学检测方法。本论文就是基于 这一背景，研制了一种新型的微毛细管电泳芯片安培检测器。 在微毛细管电泳芯片安培检测器的设计中，电化学池通电后产生 的微电流信号极其微弱(一般在nA级甚至更小)，往往淹没在噪声中 很难采集识别。国内外现有的研究大都采用微电流放大器测定流过电 化学池的电流，而微电流放大器反馈电阻的增大会减弱运放的稳定性， 增加电路的时间常数，影响整个电路的精度和灵敏度。因此，信号采 集放大电路部分的设计就成为微安培检测器设计的重点和难点，也是 微安培检测系统设计的核心问题。本设计在恒电位仪反馈回路中串一 电阻器采集电流信号，并用数据放大器差动测量电阻两端的电压，该 电路能较好的满足微弱电流信号的检测要求，克服了现有一些仪器灵 敏度越高稳定性越差的弊端。 微毛细管电泳芯片安培检测系统的自动控制部分是基于32位 ARM微控制器LPC21 04为核心的控制结构，通过设计相应外围接口 电路，实现了程控电压源的控制、 自动增益电路的控制、A／D转换结 果的读取和处理、按键与报警电路及与上位机的通讯等功能。软件采 用C语言与汇编语言的混合编程，所有硬件及检测过程由软件控制， 最终能够实现电化学池中微弱电流信号的实时采集与处理。 论文的各个章节详细叙述了微安培检测系统各部分的结构、工作 原理及设计方案，并给出样机实验结果及误差分析。实验测试与分析 结果表明，微毛细管电泳芯片安培检测器电路性能稳定，实验测试结 果与理论值能够较好的吻合。本系统中设计的微弱电流信号检测电路 不仅可应用于微毛细管电泳芯片安培检测器中，还可配上不同的传感 器用于其它测量微弱电流信号的场合，具有一定的实际应用价值。 关键词：微安培检测；毛细管电泳芯片；恒电位仪；数据放大器 ARM微控制器 ABSTRACT The of hotspot and analyticaltechnology(including biology chemical to the analysis)is develop calmethod analyti of of biologicalsamples．Because easilybeing miniaturized，the capillaryelectrophoresis chipdevelopesveryrapidly． Based onthebasic and ofconventional prin