晚期糖基化终末产物（AGEs）是一种结构多样的化合物, 在人体血糖高于正常范围时, 会大量产生且不能通过自身代谢降解, 具有血糖长期异常的记忆作用。 研究表明AGEs是引起糖尿病及其并发症的重要因素之一, 通过检测体内AGEs的积累情况可以预测糖尿病及其并发症的发生和发展进程。 现有的离体AGEs检测方法存在操作复杂、 时间较长、 成本较高和不易推广等问题; 在体AGEs检测方法存在皮肤色素、 年龄和血红蛋白干扰等问题。 为此, 基于角膜良好的光学特性和AGEs的自体荧光特性, 提出一种角膜晚期糖基化终末产物荧光光谱检测方法。 构建了一套角膜AGEs荧光光谱检测系统, 系统由微型光纤光谱仪、 集成LED激发光源、 Y型12+1光纤和PC端光谱处理显示软件组成。 荧光光谱检测系统采用激发光源波长分别为370和395 nm在暗室条件下对17名志愿者（男性9人, 女性8人, 糖尿病患者4人, 年龄最小15周岁, 最大81周岁）进行数据采集, 得到激发光波长分别为370和395 nm的荧光光谱数据。 为了准确识别荧光光谱中的有用信息, 先截取需要的荧光光谱数据段（450~700 nm）, 然后对其进行去除背景噪声、 归一化、 小波变化等方法处理, 可以将荧光光谱中不明显的荧光峰值进行放大和识别。 实验结果发现, 采用波长为370和395 nm的LED作为激发光源, 检测到角膜发射的荧光光谱范围在420~600 nm内, 并且都分别在450~500, 500~550和550~600 nm三个范围内存在光谱峰值。 根据荧光性物质的荧光峰值与激发光波长无关的原理, 表明两种不同波长的激发光所得到的荧光光谱都是由同一种物质AGEs产生。 对糖尿病患者和正常人的荧光峰值强度进行分析, 显示糖尿病患者的荧光强度明显高于正常人, 表明本研究通过荧光光谱法检测角膜晚期糖基化终末产物具有可行性。

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题, 而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号, 利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成, 以流水线方式运行, 能够实时输出目标的光谱信息, 具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点, 为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。

采用LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)工艺设计加工了一种微型针-柱放电结构芯片,可实现敞开式离子源和微型气泵的系统集成。此微型放电结构由采用电镀铜加工而成的针电极、上圆柱电极和下圆柱电极组成, 针-柱间距有1 mm、2 mm两种规格。在室温、大气压环境、无外界通入气流的条件下, 通过在针-柱电极上加载负直流高压, 可产生稳定的气体放电。利用风速计testo 405-V1测量芯片气体放电产生的离子风风速, 结果表明针-柱间距为2 mm时产生的离子风流速最大, 可达0.79m/s。对针-柱间距2mm规格的微型芯片进行乙酸进样电离实验, 当针-柱之间产生稳定的电晕放电后, 可发现位于芯片出口处已被去离子水润湿的PH试纸变红。此时利用微弱电流检测系统采集电离产生的离子, 当放电电压为-3300V时, 通过微弱电流采集系统检测到的电流信号可达120pA。采用LTQ XL 离子阱质谱仪, 对芯片电离丙酮、无水乙醇和乙酸乙酯的离子产物进行检测, 所得到的主要物质为质子化单体离子和二聚物离子。放电产生离子风风速以及乙酸的进样和电离实验表明, 基于LIGA的微型针-柱结构芯片可实现大气压环境下敞开式离子源和微型气泵的双重功能。

由于红外干涉成像光谱仪结构的特殊性, 其非均匀性在线定标与校正是工程上一直没有得到有效解决的技术难题。通过对光谱仪结构的深入分析, 对空间调制红外干涉光谱仪研究出了一种有效的非均匀性在线定标与校正方法, 并建立了相应的仿真模型, 实验结果表明算法是正确的和有效的。研究成果为星载空间调制红外干涉成像光谱仪非均匀性的在轨定标与校正奠定了良好的技术基础。

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求，研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计，以流水线方式输出目标的复原光谱信息，可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中，具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点，为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

针对星载红外成像系统在轨定标等特殊环境条件的应用要求，研制了 一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA) 非均匀性在线定标与实时校正芯片系统。由于对输入信号进行了标准化设计，该系统可用于各类红 外成像系统的IRFPA非均匀性在线定标与实时校正处理。这种系统在时钟信号的驱动下以流水线方式运行， 在对非均匀红外图像进行实时校正的同时，能够在线获取定标图像并能对存储器中的校正系数进行 在线更新。该系统具有体积小、运算速度快、稳定可靠以及易于升级等优点，为星载红外成像系统IRFPA非 均匀性的在轨定标开辟了一条有效的技术途径。

采用特征光谱成像法配合免疫层析金标试纸检测前列腺特异性抗原(prostate-specific antigen, PSA)浓度, 使用波长范围为520～535 nm的环形LED光源在暗室中照射用PSA标准液处理过的金标试纸, 再用CCD工业相机采集试纸图片并传送至PC机, PC机端的定量测试软件运用灰度变换、 图像分割等方法提取出试纸测试线的特征值, 再用三次多项式拟合方法确定试纸特征值和PSA浓度的关系。 研究中采用1组无前列腺疾病和24组患有前列腺疾病的被试血样做了检测实验, 检测值与真实值的相关系数r=0.924, 其中待测血样PSA浓度小于25 ng·mL-1时的检测效果优于待测血样PSA浓度大于25 ng·mL-1时的检测效果。 实验结果表明, 采用特征光谱成像法测量人血清PSA浓度的方法是可行的。

采用免疫层析金标试纸配合特征光谱吸收法检测前列腺特异性抗原(PSA, prostate-specific antigen)浓度, 采用合适发射光波长(520～535 nm)的LED照射已用PSA标准液处理过的胶体金标记试纸, 用合适接收波长(520～540 nm)的光电二极管测试试纸特定区域的反射光强度, 据此得出表征试纸吸光的量, 再用线性拟合方法确定PSA浓度与试纸吸光度的关系。 研究中采用不同浓度的PSA标准液标定了实验检测系统, 发现在浓度范围为5～50 ng·mL-1时, PSA的浓度与试纸的吸光度成线性关系。 在该浓度范围内对不同于标定浓度的21种PSA标准液做了检测实验, 检测值与真实值的相关系数为0.910。 实验证明, 采用特征光谱吸收法测量PSA浓度的方法是可行的。