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研究生: 劉家佑
Liu, Jia-You
論文名稱: 桌上型快速體外檢測試劑免疫分析儀機構之開發
Development of Mechanism for Desktop Rapid In Vitro Diagnostic Immunoassay Analyzer
指導教授: 林裕城
Lin, Yu-Cheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 130
中文關鍵詞: 桌上型快速檢測電腦數值控制卡榫定位糞便潛血
外文關鍵詞: rapid test system, computerized numerical control, buckle, positioning
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  •   本研究成功開發出高穩定度之桌上型快速體外檢測試劑免疫分析儀,利用電腦數值控制(Computer numerical control,CNC)雕刻機製作出分析儀檢測設備,並找出低成本且穩定的結構環境。光學檢測部分搭配卡榫結構的定位系統,將檢測卡匣定位於檢測範圍內,接著以免疫反應呈色結果作為檢測標的,使免疫呈色反應偵測於定量分析上更加精確。研究開發之桌上型檢測環境架構包含外殼開發、硬體設備及軟體驗證三個部分;桌上型快速檢測系統外殼開發部分設計出一台分析儀主體及光學暗箱,並製作出多功能載台,正反面分別為檢測卡匣放置區與快速響應矩陣碼黏貼區;硬體設備方面,裝載Raspberry Pi zero w開發板、Universal Serial Bus(USB)攝影機、LED光源、LCD觸控式液晶顯示器、RTC模組(Real-time clock)、導光板、反射片;軟體驗證部分使用Python整合模組Zbar、OpenCV、NumPy及Matplotlib的影像處理程式。由研究結果可以發現,桌上型快速體外檢測試劑免疫分析儀能夠精準達到將檢測卡匣定位於檢測範圍內之目的,並在滴入糞便潛血檢測試劑下,能正確建立出線性度濃度曲線,作為量化分析依據,該曲線R^2值大於0.99,並且在重複實驗下能可保持良好的穩定度(變異係數CV<5%)。

    This thesis presents a highly stable desktop rapid test system for vitro diagnostic. The inspection is based on immunochromatographic assay, which is widely applied to fecal occult blood (FOB) detection. Combined with the immunochromatographic strip, the desktop rapid test system is able to detect and calculate the concentration of sample. The system is composed of hardware and software parts, and the layout of rapid reader is designed by SolidWorks. The analyzer was produced by computerized numerical control(CNC) engraving machine. For the optical detection, we use the buckle structure as the detection and positioning device.

    摘要 I EXTENDED ABSTRACT II 致謝 V 縮寫表 VI 目錄 VIII 表目錄 XIV 圖目錄 XVI 第一章 緒論 1 1-1研究背景 1 1-2大腸癌的檢測方式簡介 2 1-3免疫分析法 5 1-3-1免疫分析基本理論 5 1-3-2抗原與抗體定義 6 1-3-3抗原與抗體結合力 8 1-3-4免疫分析檢測種類 8 1-3-5免疫分析偵測方法 9 1-4側流層析免疫反應試紙 13 1-5卡扣結構簡介 15 1-6電腦數值控制文獻回顧 18 1-6-1電腦數值控制結合醫療簡介 18 1-6-2機械材料對準定位技術 21 1-7影像判讀文獻回顧 23 1-7-1影像判讀簡介 23 1-7-2影像判讀之發展 25 1-8研究動機與目的 29 1-9章節架構 30 第二章 檢測儀器設計及製作 32 2-1檢測設備之製作流程 32 2-1-1檢測設備之製圖與製造整合流程 33 2-2檢測設備之系統流程 35 2-3檢測設備設計及製作 38 2-3-1檢測設備外殼設計 38 2-3-2光學暗箱設計 39 2-3-3導光板設計 40 2-3-4卡匣載台設計 40 2-3-5 LED電路板設計 42 2-4檢測設備製作 42 2-4-1電腦繪圖系統 43 2-4-2電腦加工系統 43 2-4-3 CNC工具機 43 2-4-4噴氣系統 44 2-4-5抽氣系統 44 2-5檢測設備製作材料 45 2-6定位原則 47 2-6-1自由度 47 2-6-2絕對座標與相對座標 47 2-6-3基準面 49 2-7檢測設備製作之加工方法 51 2-8檢測設備製作之刀具 53 2-9檢測設備之噴漆 55 2-9-1檢測設備 56 2-10程式開發環境建立 57 2-10-1開發板選用:ARM_Raspberry pi 57 2-10-2作業系統選用:Raspbian 60 2-10-3程式語言選用:Python 61 第三章 實驗與研究方法 63 3-1實驗儀器 63 3-1-1檢測設備硬體架構 63 3-1-2感光元件 64 3-1-3 LED光源 65 3-1-4行動電源 66 3-1-5實時時鐘(Real-time clock, RTC)模組 67 3-2實驗藥品 68 3-3實驗方法 69 3-3-1準確度測試 69 3-3-2刀具選擇 72 3-3-3光學暗箱與卡匣載台定位測試 75 3-3-4卡匣卡榫力之分析 76 3-3-5 LCD 觸控式液晶顯示器定位測試實驗 78 3-3-6設備與軟體整合測試 80 3-3-6-1 C、R線位置測試測試 80 3-3-6-2色階線性度驗證測試 80 3-3-7台與台驗證測試 82 3-3-8市售FOB試紙驗證測試 82 第四章 結果與討論 84 4-1準確度測試結果 84 4-2刀具效果之改善 89 4-3光學暗箱與卡匣載台定位測試結果 93 4-4卡匣卡榫力之結果 100 4-5 LCD觸控式液晶顯示器定位測試結果 105 4-6設備與軟體整合測試結果 107 4-6-1 C、R線距離測試結果 107 4-6-2色階靈敏度與偵測極限測試結果 109 4-7台與台測試結果 114 4-8 FOB試紙驗證測試結果 120 第五章 結論與建議 123 5-1結論 123 5-2未來展望及建議 125 參考文獻 126

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