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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 林啟萬(Chii-Wann Lin 林啟萬) | |
| dc.contributor.author | Eric Yun-Lin Chiang 蔣昀霖 | en |
| dc.contributor.author | 蔣昀霖 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-15T16:13:34Z | - |
| dc.date.available | 2016-08-20 | |
| dc.date.copyright | 2015-08-20 | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.date.submitted | 2015-08-18 | |
| dc.identifier.citation | References
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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/52391 | - |
| dc.description.abstract | 中文摘要
隨著醫療技術不斷的發展，生物感測器的出現逐漸滿足了各種生物分子檢測的需求。另外，生物感測器也提供醫師或醫檢師量化的數據以方便診斷各種疾病，因此奠定了檢測醫學的里程碑。但由於醫療場所上所使用的生物感測器，居多為造價昂貴、不易攜帶的感測器，非一般使用者能使用，且須送到中央實驗室進行檢測，因此相當的花時間且很沒有效率。為了要改善這些問題，如何發展出一種具有經濟效益(cost-effective)、可攜帶的且一般人均可在任一定點使用的感測器是本論文的著重的方向。 本論文使用的感測器為表面電漿共振(Surface Plasmon Resonance , SPR)感測器，是一種可以即時監測且具高靈敏度(sensitivity)的感測器。由於不需要標定的(Label-free)1的緣故，製程相較於其他光學感測器省時以及便利，因此常被拿來使用。 為了讓使用者方便攜帶和操作，在此用嵌入式系統Raspberry Pi (RPi) 做為感測器的平台。其中有圖形化介面(Graphical User Interface , GUI)輔助使用者進行操作，包括測量、校正和分析三個部分。 目前經過酒精校正之後，確定系統的靈敏度可以達到2.8x10-4reflective index per unit (RIU)，之後會用利用此平台量測並分析生物分子檢測以達到目的：可攜帶式SPR生物感測器。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | Abstract
With the improvement of medical techniques, biosensor has developed for the need of bio-molecules testing, which provides quantified data to doctors for diagnosis and becomes the milestone of clinical laboratory testing. However, most of them are expansive and non-portable devices, which have to be analyzed through special users, medical laboratory scientist (MLS), in the center and make them time-consuming devices. So the purpose of the thesis is to develop a cost-effective and portable device, which can be used for anyone. In the thesis, we use Surface Plasmon Resonance (SPR) sensor as our sensor, which can do real-time analysis and provide high sensitivity. Compare to other optical devices, the procedure of SPR testing, a kind of label-free testing, is much easier. These are the reasons why SPR sensors have been used so frequently. For developing a potable sensor with easy user interface, we use embedded system Raspberry Pi (RPi) as our sensor’s platform. In the software of RPi, Graphical User Interface (GUI) is presented for guiding end-users to manipulate the SPR system, including three main workflows: Testing, Calibration, and Analysis. Recently, we have done the ethanol calibration, and the sensitivity is 2.8x10-4reflective index unit (RIU). After that, we will manipulate the platform to do the bio-molecule testing for developing portable SPR biosensor. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-15T16:13:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-104-R02548005-1.pdf: 3132133 bytes, checksum: 2b052929fba470959f42c61ddccf096d (MD5) Previous issue date: 2015 | en |
| dc.description.tableofcontents | 目次
口試委員會審定書………………………………………………… i 致謝………………………………………………………………… ii 中文摘要…………………………………………………………… iii 英文摘要…………………………………………………………… iv 壹、序論……………………………………………………………… 1 1.1前言………………………………………………………………1 1.2研究動機與貢獻…………………………………………………2 1.3文獻回顧…………………………………………………………4 1.3.1 SPR生物感測器 …………………………………………4 1.3.2 SPR可攜帶式感測器 ……………………………………7 1.4論文架構…………………………………………………………9 貳、基本原理…………………………………………………………10 2.1表面電漿共振(SPR)原理 ………………………………………10 2.1.1衰逝全反射(Attenuated total reflection , ATR)…………….11 2.1.2表面電漿電磁偶極子(Surface plasmon polaritons ,SPPs) ...16 2.1.3 SPP色散關係Dispersion relation...............................17 2.1.4 Prism coupling………………………………………………18 2.1.4.1Kretschmann configuration………………………….18 2.1.4.2Otto configuration…………………………………18 2.2表面電漿共振(SPR)量測方法…………………………………19 參、表面電漿共振(SPR)產品簡介……………………………………20 肆、 實驗材料與方法…………………………………………………23 4.1 SPR光學設置……………………………………………………23 4.2嵌入式系統………………………………………………………24 4.2.1 Raspberry Pi…………………………………………………25 4.3Raspiacam…………………………………………………………26 4.3.1Exposure traingle……………………………………………26 4.4 Linux …………………………………………………………… 27 4.5 Python…………………………………………………………… 29 4.5.1 LXTerminal終端模擬器…………………………………29 4.5.2 Python 所使用的Library/本研究中所使用的library…….30 4.5.2.1 matplotlib…………………………………………30 4.5.2.2 Opencv……………………………………………30 4.5.2.3 Tkinter(TK)………………………………………30 4.6SPR分析…………………………………………………………32 4.6.1校正曲線……………………………………………………32 4.6.2生物分子動力學分析………………………………………33 4.6.2.1化學反應方程………………………………………33 4.6.2.2生物分子結合階段(Association phase)………33 4.6.2.3生物分子解離階段(Disassociation phase)……34 伍、結果與討論…………………………………………………………36 5.1使用者介面(UI)設計 ……………………………………………36 5.1.1開機…………………………………………………………36 5.1.2啟動SPR軟體………………………………………………36 5.1.3 預覽模式(Preview mode)……………………………………37 5.1.4 SPR檢測流程順序…………………………………………39 A系統校正(Self-check/System Calibration)…………………39 B測量…………………………………………………………40 B-1校正液(酒精)校正…………………………………….41 B-2生物樣本實驗…………………………………………41 C實驗分析…………………………………………………….42 C-1酒精校正流程圖………………………………………42 C-2生物樣本分析…………………………………………43 C-2-1生物實驗校正…………………………………43 C-2-2生物分子動力學分析…………………………44 5.2 SPR酒精實驗……………………………………………………45 5.2.1測量…………………………………………………………45 5.2.2校正曲線……………………………………………………47 陸、結論與未來方向…………………………………………………50 柒、參考文獻…………………………………………………………51 捌、附錄………………………………………………………………53 附錄一 Raspiacam的規格………………………………………53 附錄二 Raspicam可調控的參數 ………………………………53 附錄三 (Raspberry Pi) RPi的規格 ……………………………57 附錄四 GUI Menu程式碼 ……………………………………57 附錄五 即時影像分析程式碼 …………………………………61 附錄六 校正分析程式碼 ………………………………………69 附錄七 生物分子動力學分析程式碼 …………………………71 圖目錄 圖1-1 2012發表的POC市場預測圖 …………………………………3 圖1-2(a)IFN-γ與雙專一性適體DNA探針反應圖(b)加入streptavidin會有放大反應的效果 …………………………………………………5 圖1-3比較有無加入IFN-γ的差別 …………………………………5 圖1-4 IFN-γ感測器的(a)校正曲線(b)專一性測試 …………………7 圖1-5以手機為平台的感測器(a)(b)示意圖(c)實際架設 ……………7 圖1-6手機式SPR感測器的感測結果 ………………………………8 圖2-1斯乃爾定律(Snell’s Law)示意圖 ……………………………10 圖2-2表面電漿子(a)概念示意圖與(b)模擬結果 ……………………11 圖2-3電磁波於兩介質間沿著x軸傳遞 ……………………………13 圖2-4SPP於金屬和介電材料間沿著x軸傳遞 ……………………14 圖2-5空氣與玻璃的SPP Dispersion relation圖…………………… 16 圖2-6空氣與凌鏡的SPP Dispersion relation圖 ……………………17 圖2-7 Kretschmann configuration ……………………………………18 圖2-8 Otto configuration ………………………………………………18 圖3-1 (a)(b) Texas Instrument公司的產品SPREETA(c) Analytical μ-systems公司的Biosuplar 6 (d) Seattle sensing systems公司的 SPIRIT …………………………………………………………………22 圖4-1光學架設示意圖…………………………………………………23 圖4-2實際光學架設……………………………………………………24 圖4-3 Raspberry Pi(RPi) ………………………………………………26 圖4-4 RPi的相機Raspiacam………………………………………… 26 圖4-5從左至右分別為即時的光強度變化、校正分析以及酵素動力學分析……………………………………………………………………30 圖4-6校正曲線示意圖 ………………………………………………32 圖4-7整個生物分子反應過程 ………………………………………35 圖5-1 RPi開機的桌面 ………………………………………………36 圖5-2啟動SPR的按鈕 ………………………………………………36 圖5-3即時顯示影像 …………………………………………………37 圖5-4圈選要觀察的區域以便加快預覽的速度………………………38 圖5-5在預覽模式中調整感光度(ISO)以及快門(Shutter Speed) ……38 圖5-6從左到右，由於快門(Shutter Speed)越調越慢，可看到影像越調越亮 ……………………………………………………………………38 圖5-7SPR檢測流程順序圖 …………………………………………39 圖5-8 左圖為shutter speed固定在200μs時，不同ISO值顯示的結果；右圖為ISO固定於500時，不同shutter speed顯示的結果 …39 圖5-9點選清單進行實驗 ……………………………………………40 圖5-10圈選ROIs之後開始記錄影像資料 …………………………40 圖5-11 LX Terminal介面會以數值的方式先顯示資料…………… 41 圖5-12酒精校正流程圖 ……………………………………………42 圖5-13(a)抗原與感測器上的抗體結合示意圖 (b)抗原和抗體反應圖 ……………………………………………………………………43 圖5-14針對生物分子反應資料進行擬合 …………………………44 圖5-15顯示分子動力學分析擬合的參數值 ………………………45 圖5-16 去離子水中的SPR曲線……………………………………46 圖5-17酒精校正量測圖 ……………………………………………46 圖5-18酒精濃度與光強度變化之間的關係 ………………………47 圖5-19酒精的SPR校正曲線(linear range 5%~20%酒精) …………47 圖6-1 RPi與觸碰螢幕…………………………………………………50 表目錄 表3-1 各廠商的可攜帶式SPR生醫感測產品與本實驗的儀器比較………………………………………………………………………21 表4-1業界常見的開源嵌入式軟硬體系統 …………………………24 表4-2Linux和Windows比較表………………………………………28 表4-3TK所有的工具包………………………………………………31 表5-1酒精濃度與折射率於室溫下的對照表………………………47 表5-2可攜帶式感測器比較…………………………………………49 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 表面電漿共振 | zh_TW |
| dc.subject | 嵌入式系統 | zh_TW |
| dc.subject | 圖形化介面 | zh_TW |
| dc.subject | 可攜帶 | zh_TW |
| dc.subject | 生物感測器 | zh_TW |
| dc.subject | portable | en |
| dc.subject | embedded system | en |
| dc.subject | biosensor | en |
| dc.subject | GUI | en |
| dc.subject | SPR | en |
| dc.title | 以嵌入式系統作為自動化可攜帶式表面電漿共振(SPR)感測器平台 | zh_TW |
| dc.title | Utilize embedded system as a portable
Surface Plasma Resonance (SPR) biosensor platform | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 103-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 劉子銘(Tzu-Ming Liu 劉子銘),邱南福(Nan-Fu Chiu 邱南福) | |
| dc.subject.keyword | 表面電漿共振,嵌入式系統,圖形化介面,可攜帶,生物感測器, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | SPR,embedded system,GUI,portable,biosensor, | en |
| dc.relation.page | 76 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2015-08-18 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 醫學工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 醫學工程學研究所 | |
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