基于FPGA的生物芯片扫描仪控制系统研究

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1、分类号UDC中国科学院研究生院硕士学位论文基于FPGA的生物芯片扫描仪控制系统研究严航指导教师唐小萍研究员主旦堂堂堕堂皇垫查堡窒堕申请学位级别硕士7学科专业名称栓型垫查墨垒鲎坐鉴翼论文提交日期2QQ6．Q5论文答辩日期2006．06培养单位主旦盟堂堕整塾垫盎堑塞盟学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席杨世洪摘婪摘要生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的～项高新技术，是人们在有限空间和实验条件下高效大规模地获耿生物信息的有效手段。而生物芯片检测仪器是其能否得到广泛推广和应用的关键。激光共聚焦生物芯片扫描仪是一种光机电一体化的高精密生物芯片检测仪

2、器。随着生物芯片点样技术的不断进步，生物芯片上的点阵越来越密集，扫描分辨力的要求也越来越高，生物芯片的高精度高速扫描对生物芯片扫描仪的控制和数掘传输系统提出了很高的实时性要求，一般微控制器很难满足。论文基于FPGA的多用户端口和内部模块可并行性执行的特点，在介绍了生物：卷片检测方式和激光共聚焦生物芯片扫描仪结构和原理的基础上，提出了基于FPGA的生物芯片扫描仪的控制方法，并洋细给出了控制系统结构和FPGA设计及实现。论文最后给出了扫描图像和相关性能数据。实验证明，基于FPGA控制的激光共聚生物芯片扫描仪有较高的实时性，在5um高分辨力扫描时速度可达到16线

3、／s，并能保证白片扫描图像背景噪声狄度值低于lO，增强了信嗓比，大幅提高了生物芯片扫描仪的整体性能。关键词：生物芯片；高速：高分辨力；实时性：FPGA本文作者签名争扛ABSTRACT"／'anHang(TestingTechnologyandAutomaticEquipment)DirectedbyTangXiaopingBiochipisanewtechnologytofulfilltherequestofthehumangenomeresearch，whichoffersaneffectivemethodtoacquiremassiveknowledg

4、eofbiology．Andbiochipscanneristhekeyofextendedapplicationofbiochip．Lasereonfocalbiochipscannerisoneofprecisionequipmentsforscanningbiochipthatisinvolvedinoptics，mechanicsandelectronicsdomain．Alongwiththeprogressofthebiochipsampletechnology,thespotsaredenseranddenseLSotheresolution

5、forscanningishigherandhighenHighresolutionandhighspeedscanningrequeststhatthecontrolanddatatranslationsystemofbiochipscannermusthaveveryhighreal—timecharacteristic．SonormalMCU(microcontrolunit)ishardtofititBaseonFPGAcharacteristicofmassuserportsandparallelintemalmodules，baseonthew

6、ayofbiochipdetectingandthestructureandtheprincipiumofthelaserconfocalbiochipscanner,thepaperdepictsthecontrolsystemforbiochipscannerbaseonFPGAandliststhestructureofthecontrolsystemandFPGAdesignandimplement．Scanimagesandthedataaboutthescannerarelistedinthepaper．Experimentationsprov

7、ethatthecontrolsystembaseofFPGAforbiochipscannerisprovidedwithhighreal—time．Thescanningspeedisabout16linespersecondunder5umresolution．Thebackgroundnoisegrayislessthen10whenscanningblankbiochipandSignal·-to·-Noiseishigher．Sotheintegerperformanceofthebiochipscannerisgreatlyimproved．

8、KeyWords：Biochip；High··speed；High