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红外光谱细胞水分检测系统设计与研究

邓梁  
【摘要】:水分子普遍存在于生物体系中,研究水分子在生物细胞体系中的运动规律对揭示细胞体系特征和细胞环境作用机制和水分子作用蛋白质结构的关系具有十分重要的意义。本文运用红外光谱技术检测细胞水分,首次提出单个细胞排列的细胞流道设计,实现细胞内水分子量化无创探测和对单个细胞水分检测。 本文通过对细胞水分无创探测方法研究,设计研制了红外光谱细胞水分检测系统实验样机。整机主要由信号获取系统、细胞排列流动系统、数据处理系统组成。信号获取系统采用半导体激光二极管作为红外源器件,选用碲镉汞半导体探测器,设计合适的偏置电路和低噪声信号放大器组成信号采集系统,运用数据采集卡实现基于PC数据操作。测试结果达到设计要求。设计了细胞排列的细胞流道、真空腔,选择了合适的细胞流动真空泵,实现了无重合信号细胞流动排队方法。数据处理模块采用Daubechies紧支集滤波器系数,作为Mallat塔式算法快速分解和重构的小波变换系数对采集的红外信号降噪滤波,取得了满意的滤波效果。讨论了在微量水分检测条件下和更一般的情形,分别采用最小二乘法和BP神经网络建立了细胞的红外光谱与其水分含量之间关系的数学模型。研究结果表明,细胞样品集的化学检测值与近红外预测值的相关系数为:R=0.952。 同时,本文为红外探测系统提出了一种新型的无活塞压缩微型制冷技术,采用经典而成熟的逆卡诺热力循环,波纹管的轴向往复运动替代传统活塞压缩具有无泄漏无油润滑等性能,具有制冷性能稳定,制冷量大,节能高效,易于微型化的显著优点。 本文研究内容得到了航空科学基金(041503068)和陕西省科技计划课题(2005K16-G7(4))的资助。


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