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随着科学技术的飞速发展，人们的生活水平不断提高。然而，新的病毒不断出现；食品安全问题日益凸显；国际生物恐怖袭击愈演愈烈等等。这些问题时刻威胁着人们的健康生活，甚至影响社会的发展和稳定。因此，能够使用安全有效的方法实现对病毒、有害物质和生物恐怖剂等的快速及时检测成为迫切需要。上转换发光生物传感器(Up-converting Phosphor Technology based biosensor， UPT生物传感器)就是为了满足这种应用需求而产生的。
UPT生物传感器是一种以上转换发光材料(Up-Converting Phosphor，UCP)为标记物的新型免疫分析生物传感器。UCP是由稀土离子掺杂于某一晶体晶格中构成的亚微米或纳米级颗粒，具有在红外光激发下发射出可见光的独特性能。对UCP颗粒进行一系列的表面修饰与活化后，可将其作为生物标记物与多种生物活性分子相结合，应用于生物检测领域。运用这种技术可对被检物进行无损伤检测，并且具有检测灵敏度高、速度快、可进行多重检测、使用安全等众多优点。
本论文的主要内容如下：
1.综述了上转换发光材料的组成、发光机制及其应用，重点介绍了UCP作为生物标记物在生物检测中的应用及其优点。
2.探讨了荧光、延迟荧光和磷光的区别，并研究了本论文所用的UCP标记物材料NaYF4: Yb3+， Er3+的上转换发光特性；在此基础上，介绍了UCP标记物的制备及作为它的反应载体UPT免疫层析试纸条的研制。
3.详细阐述了基于ARM微控制器的UPT生物传感器的硬件设计。该仪器器主要由光学系统、光电转换器件、试纸条扫描机构和控制系统组成。采用对试纸条上所结合的UCP标记物的上转换发光进行扫描检测的方式工作。重点讨论了控制系统的硬件设计，以ARM微控制器为核心，构建了以STM32F103芯片、信号采集电路、电机驱动模块、射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)读写模块、键盘、液晶显示模块、存储器、SD存储卡、微型打印机为一体的UPT生物传感器的硬件平台。
4.在详细阐述系统应用程序设计的基础上，提出了一种基于互相关原理的自适应功能带边界定位算法。应用程序的设计采用自底向上的方法，先完成各基本模块的程序设计，再实现总体功能。自适应功能带边界定位算法可以准确地确定检测带与质控带的位置，大大提高了仪器的智能化程度。
5.为了考核UPT-4生物传感器的性能，以双抗原夹心模式UPT试纸条对系列浓度鼠疫F1抗体标准样品进行了检测。实验结果表明，该仪器的检测灵敏度达到ng/ml量级；同一试纸条在相同条件下的测量重复性(变异系数)CV＝1.5％；同一试纸条在不同条件下的测量稳定性(变异系数)CV≤3.3％；在0-～450ng/ml浓度范围内具有良好的线性响应特性，其线性相关系数R2=94.27％。
6.总结了本论文取得的主要成果，列出了主要创新点，并提出了改进措施。