基于qcm传感器凝血酶原时间检测系统研制

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1、图书分类号：TM938.84U.D.C.:621.38工学硕士学位论文基于QCM传感器的凝血酶原时间检测系统的研制硕士研究生：孙娜娜导师：孙晓刚教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TB942U.D.C.:621.38DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHONPROTHROMBINTIMEDETECTIONSYSTEMBASEDON

2、THEQCMSENSORCandidate：SunNanaSupervisor：Prof.SunXiaogangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticTestingandControlDateofOralDefense:July,2012DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofT

3、echnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，石英晶体微天平(QuartzCrystalMicrobalance-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

4、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QC

5、M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，

6、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。关键词：QCM传感器；凝血；频率测量；气相；液相-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRecentyears,QCMsensorsbecomearesearchfocusofbiosensorsfield.Thebasicprincipleisthatthesensitivecomponentsquartzcrystalarehighlyrespondedtothechangesofthesurfacemassads

7、orption(MassEffect)andthephysicpropertiesofreactionsystem,suchasviscosity,density,conductivityandsoforth(Non-MassEffect).Apiezoelectricbiosensorwithananogramsensitivitycouldbeconstructedthroughareasonablestructuredesigningandbiologicalprocessingtothequartzcrystal．

8、Inrecentresearch,ithasbeenwidelyusedinmanyresearchfieldssuchasclinicaldiagnostics,molecularrecognition,surfacepropertiesresearch,molecularfilm-formingpr