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河北工业大学硕士学位论文微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究姓名：孟庆宜申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：张思祥20071201河北工业大学硕士学位论文i微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究摘要随着科学技术的发展和基础医学研究的进步，人们对止血与血栓的发生发展认识越来越深刻，其检测手段也越来越先进。与此同时，分析仪器也日益向着微型化、集成化与便携化的趋势发展。其中，微分析系统是这一发展时期的典型代表，随着微流控芯片技术的发展，特别是检测灵敏度的日臻提高，用微流控芯片对微量物质的分析与检测日益受到重视。本课题研究的目的就是采用微流控芯片作为检测容器，在凝血检测中昀大限度地把加试剂、反应、检测等分析功能集成为一体。本课题在分析、总结了传统的检测原理及方法的基础上，设计了利用微流控芯片进行凝血四项检测的基本方法。首先我们利用步进电机设计了离心力驱动微流控芯片结构，该结构可在芯片旋转过程中完成血浆与试剂的混合、反应等操作。同时，运用能发射红光和蓝光的双光束二极管为恒定光源，光束透过芯片的检测区，在其另一面有硅光电池接收光信号。在与凝结剂均匀混合后，血浆由于发生一定的理化反应而凝结，光信号也会随之发生改变。硅光电池将光信号的变化转换成电信号的变化，经采集可显示整个凝结过程图像，经数据处理后计算，可得到需要的信息。本课题根据检测原理重点对检测装置的机械部分进行了设计和改善，选择了微流控芯片来替代传统的玻璃试管作为检测容器，以改进用玻璃试管检测时所存在的问题，提高精度和可靠性；同时，对检测系统的硬件电路部分和基于LabVIEW的检测系统操作软件进行了设计和完善，以提高系统的准确性，可靠性和稳定性；并且在研究和改进过程中完成了大量有效的实验。采用微流控芯片作为检测容器与传统玻璃试管相比，试剂混合均匀，能去除透镜效应，且实验一致性好。该检测系统的研究成功将进一步促进我国医学检测技术的发展，同时，将加快微流控芯片的产业化，为分析仪器提供新的经济增长点。关键词:微流控芯片，凝血检测，虚拟仪器，离心力驱动微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究iiRESAERCHOFCRUORMEASURINGSYSTEMUSINGMICROFLUIDICCHIPABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtheprogressofmedicalresearch,people’sunderstandingthroughthrombusandhemostasisismoreandmoreprofound,therequestofexaminemethodisalsomoreandmoreadvanced.Atthesametime,analyticinstrumenthashadthecurrentcharacteristicsofmicromation,integrationandconveniencydayafterday.μTASistherepresentationinthisperiod.Withthedevelopmentofmicrofluidictechnology,especiallytheadvancementindetection,itismoreandmoreimportanttoanalyseanddetectmicro-substanceusingmicrofluidicchips.Ourresearchistousemicrofluidicchipasdetectingcontainer,andthefunctionofinjectingthereagent,reactinganddetectingaretobedonealltogether.Onthebasisofanalyzingandsummarizingthetraditionalexaminationprincipleandmethod,ourworkstudiesthebasicmethodofcruortestingusingmicrofluidicchip.Firstly,wedesignaframecalledcentrifugalforcerunningmicrofluidicchip,whichcanfinishthemixtureandreactionoftheplasmandreagentduringthechip’scircumrotation.Thenwetaketheredlightorbluelightastheconstantphotosource.Thelightbeamgoesthroughthedetectingarea,andontheothersideofthechipthereisasiliconphotronicgeneratorwhichwillreceivetheluminousintensitysignals.Becauseofthechemicalreaction,theplasmacongeals,sotheluminousintensitychanges.Thesiliconphotoelectricgeneratortransformstheluminousintensitysignalstotheelectricalsignals.Afteracquiringtheelectricalsignal,theentireprocessofcongealsmaybedemonstrated.Andafterthedataprocessingandcalculation,therequestedinformationisacquired.Ourworkmainlydesignedandimprovedthemachinepartofthesystem.Wechosemicrofluidicchiptosubstitutethetraditionalcuvetteastestingcontainer,soastocorrecttheobjectionofcuvette,aswellasimprovetheprecisionandreliabilityofthesystem.Meanwhile,weimprovedthehardwareofthesystemanddesignedthesoftwarebasedontheLabVIEWplatformservers,toimprovetheaccuracy,reliabilityandstabilityofthesystem.Duringthedesigningandimprovingprocess,wehavealsodonemanyeffectiveexperiments.Comparedwiththetraditionalcuvettesystem,usingmicrofluidicchipastestingcontainercanwipeofflenseffect,theplasmandthereagentmixeduniformly,andtheexperimentshavegoodconsistency.Thesuccessofthissystemwillpromotethemedicineexaminationtechnologyofourcountry.Itcanalsoquickenthemicrofluidicchipindustrializationandprovideanalyticinstrumentneweconomicincrease.KEYWORDS:microfluidicchip,cruortesting,LabVIEW,centrifugalforcerunning河北工业大学硕士学位论文符号说明PT－ProthrombinTime，凝血酶原时间。APTT－ActivatedPartialThromboplastinTime，凝血活酶时间。FIB－Fibrinogen，纤维蛋白原。TT－ThrombinTime，凝血酶时间。PRP－Platelet-richPlasma，富含血小板血浆。PPP－Platelet-poorPlasma，贫含血小板血浆。DIC—DessiminatedIntiavascularCoagulation，弥散性血管内凝血。I/O－Input/Output，输入/输出。A/D－Analog/Digital，模拟/数字。μl—微升。R－电路中电阻的通用符号。C－电路中电容的通用符号。f－频率，赫兹。ρ－相关系数。δ－重复性误差。v原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1课题提出的背景随着科学技术的飞速发展和进步，人类在生命科学和生物技术领域的探索也掀开了新的篇章，相应地，检验医学的研究和深入面临着更高的要求和更大的挑战。面对21世纪科技发展中提出的众多挑战，分析仪器和分析科学也正经历着深刻的变革，其中一个日益明显的发展趋势就是仪器设备的微型化、集成化与便携化。当前，分析仪器的发展正在出现一个以微型化为主要特征的、带有革命性的重要转折时期。其中，微分析系统是这一发展时期的典型代表，随着微流控芯片技术的发展，特别是检测灵敏度的日臻提高，用微流控芯片对微量物质的分析与检测日益受到重视。与此同时，近十几年来，随着血栓性疾病与出血性疾病在人类疾病谱中地位的变化及防治研究的迅速进展，血栓与止血的实验诊断技术也不断有新的发展并在全国逐步普及。血栓性疾病，尤其是心、脑血管血栓性疾病，已成为我国人口病死原因的第一位，而且发病率有所增加，严重危害人类健康[1]。血栓与止血相关的检验，是近年来临床血液学发展昀快的领域。随着科学技术的发展和基础医学研究的进步，人们对止血与血栓的发生发展认识越来越深刻，其检测手段也越来越先进，其中一个显著的特点是凝血仪的迅速发展和在血栓与止血检测方面的广泛应用，使得血栓与止血的检测从传统的手工方法发展到全自动凝血仪，从单一的凝固法发展到免疫学方法、生物化学方法，止血与血栓的检测也因此而变得简便、准确、精确[2]。目前，凝血仪已广泛应用于临床实验室。当代较先进的血液凝聚分析仪器，能同时应用不同的实验原理对大量的标本进行多项指标的检测；与此同时，仪器对标本和试剂的需求比手工方法几乎减少一半，极大地降低了检测成本[3]。大家已了解到现代止血与血栓检验范围正在日益拓展，除了对出血性疾病的筛选与确诊外，还用于对各种血栓性疾病与血栓前状态的检测与预测，血栓症的评价，DIC的实验诊断以及对各种抗凝治疗患者的用药指导和愈后估计[4]。总之，在血液病、糖尿病、高脂血症、心脑血管病、心胸外科治疗等领域的研究诊断与治疗方面，止血与血栓检查均具有重要作用。目前，这一类检验的工作量很大，在发达国家估计已占血液学检验的1/3。在发展中国家，凝血仪的开发研究，具有极大的潜力和广泛的发展前景。§1-2凝血检测系统的研究现状1-2-1凝血