基于QCM传感器的凝血酶原时间检测系统的研制

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近年来,石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance-QCM)传感器成为生物传感器领域的研究热点之一。它的基本原理是利用敏感元件石英晶体对其表面质量负载(质量效应)和所处反应体系的物理特性如粘度、密度、电导率等(非质量效应)的变化高度敏感的特性,对石英晶体进行合理的结构设计和适当的生物学处理,构建出具有纳克级别检测能力的压电生物传感器。目前,QCM传感器在临床诊断、分子识别、表面性质、分子成膜过程、毒理研究等领域得到广泛应用。凝血系统是血液系统的重要组成,其功能是维持生理性止血。凝血系统的异常常会伴随多种疾病发生,例如血友病、中风等等。所以在临床实践中,凝血系统功能的检查十分必要。QCM传感器具有可实时检测、灵敏度高、体积小、成本低等特点,将QCM传感器应用于凝血时间检测必然具有广阔的应用前景。本课题着重于QCM传感器检测系统的研制,搭建两套硬件系统以进行分析比较。第一套硬件系统采用单片机做控制模块,专用计数器进行频率测量,对QCM输出的10MHz左右的基频信号进行分频和差频处理,通过检测最终的差频信号(450KHz左右)的频率变化得到实验结果,这样处理间接降低了QCM的基频,降低了对测量仪器的要求。第二套硬件系统的控制和频率测量均由FPGA进行,不对QCM输出的10MHz左右的基频信号作任何处理,直接检测其频率变化得到实验结果,这样处理避免了分频和差频造成的累积误差。两套硬件系统均采用数码管实时显示频率变化,将数据上传至上位机绘制曲线以清晰明了的观测数据变化趋势。采用VS2008开发环境、C#语言提供人性化的工作界面,提高实验效率的同时使系统更具完整性。本课题的第一套硬件系统在气相中的频率波动为±3Hz,在液相中的频率波动为±30Hz,第二套硬件系统在气相中的频率波动为±200Hz,在液相中频率最终稳定到有±200Hz的波动,两套系统分别进行凝血实验,基本验证了方案的可行性。
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