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。

为了研究脉搏波信号降噪的问题, 文章提出了一种集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)与小波阈值相结合的降噪方法, 对采集到的光电容积脉搏波信号来做降噪处理, 同时和EMD结合小波阈值降噪算法进行比较。算法首先把信号做EEMD的分解, 将原始信号分解为n个模态分量(Intrinsic Mode Function, IMF), 然后对这些分量做相干性的计算, 对其中的噪声分量来做小波阈值降噪, 最后将信号重构。原始信号在STM32平台上采用MAX30100传感器测得。实验结果表明: 本文的方法能够很好地剔除光电容积脉搏波中包含高频噪声与基线漂移的各种噪声, 降噪后信噪比为34.09, 均方根误差为1.99。提高了PPG信号的质量, 为光电容积脉搏波信号的准确测量提供了新的思路。

为了实现离子源和高场非对称波形离子迁移谱的其它部分的集成, 本文基于PCB工艺设计了一种新型的针-环离子源结构。该结构主要由针电极、环电极、进气底座以及针固定底座组成, 针电极采用针尖曲率半径为28 μm的不锈钢针作为放电阴极, 直径为3 mm、高度为16 mm的铜环作为放电阳极。放电特性实验结果表明: 针-环离子源在放电电压-2 kV和-2.8 kV时, 分别进入了电晕放电和辉光放电, 能够在大气压环境下实现稳定放电。在载气流速为1.5 L/min、方波射频电压幅值为300 V的条件下, 两者FAIMS谱图中补偿电压基本相同, 且采用针-环离子源和紫外灯离子源所得的FAIMS谱图的电流峰值分别为64 pA和45 pA, 由此表明集成式针-环离子源FAIMS系统能够稳定工作, 且相比紫外灯离子源集成性更好, 电流信号更强。

采用紫外-可见光谱法(UV-Vis)研究Fc(COOH)2 (λmax=255 nm)与BSA(λmax=277.5) 的相互作用。 实验结果表明: Fc(COOH)2在10~190 μmol·L-1范围内吸光度与浓度呈良好的线性关系(r=0.998 4), BSA在100~1 900 mg·L-1范围内, 吸光度与浓度呈良好的线性关系(r=0.999 2), BSA与Fc(COOH)2反应后, 最大吸收波长移至275 nm。 当固定Fc(COOH)2或BSA的浓度时, Fc(COOH)2或BSA的吸光度随着BSA或Fc(COOH)2浓度的增加而增大, 说明Fc(COOH)2与BSA存在分子间的相互作用, 主要是由于Fc(COOH)2和 BSA能形成氢键, 分子链增长, 吸收的能量增加, 导致吸光度增大。 同时考察Fc(COOH)2和 BSA的吸光度随时间的变化, 70 μmol·L-1的Fc(COOH)2与1 900 mg·L-1的BSA反应0.1, 24和96 h后, 在λmax=275 nm处的吸光度由1.062分别变为1.045和0.986; 当700 mg·L-1的BSA与190 μmol·L-1的Fc(COOH)2反应0.1, 24和96 h后, 在λmax=275 nm处的吸光度由0.813分别变为0.794和0.750。

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。

采用紫外-可见光谱法（UV-Vis）研究三种二茂铁衍生物［Fc(COOH)2(λmax=286 nm), Fc(OBt)2(λmax=305 nm), Fc(Cys)(λmax=289 nm)］与血红素(heme, λmax=386 nm)的相互作用。 实验结果表明： 当固定heme浓度时, heme的吸光度随着Fc(COOH)2和Fc(Cys)浓度的增加而增大, 而heme的吸光度随着Fc(OBt)2的浓度的增加几乎没有增大； 当分别固定Fc(COOH)2, Fc(Cys)和Fc(OBt)2的浓度时, Fc(COOH)2和Fc(Cys)的吸光度随着heme浓度的增加而增大, 而Fc(OBt)2的吸光度随着heme浓度的增加没有变化, 说明Fc(COOH)2和Fc(Cys)与heme存在分子间的相互作用, 主要是由于Fc(COOH)2和 Fc(Cys)与heme能形成氢键, 分子链增长, 吸收的能量增加, 导致吸光度增大； 而Fc(OBt)2与heme没有分子间的相互作用, 是由于Fc(OBt)2没有自由的氢, 不能与heme形成分子间的氢键。 同时考察了三种二茂铁衍生物与heme 的吸光度随时间的变化, Fc(COOH)2和 Fc(Cys)与heme的吸光度随着时间的增加而减少, 而Fc(OBt)2与heme的吸光度随时间的变化几乎没有变化。 Fc(COOH)2与Fc(Cys)和heme的反应时间为0.5, 18和48 h, 当固定Fc(COOH)2浓度时, 在λmax=384 nm处的吸光度由2.64分别变为2.53和2.51； 当固定heme的浓度时, 在λmax=384 nm处的吸光度由1.76分别变为1.72和1.68； 当固定Fc(Cys)浓度时, 在λmax=397 nm处的吸光度由2.74分别变为2.63和2.55； 当固定heme的浓度时, 在λmax=397 nm处的吸光度由1.82分别变为1.58和1.49。

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。

针对现用离子源工作时需外接庞大复杂的供气装置，不利于便携的不足，提出了一种基于离子风的敞开式离子源和微型气泵集成系统。设计了一种新型阵列式针-柱放电电极结构，其可以在大气压下实现敞开式离子源和微型气泵双重功能。选用0～-20 000 V的负直流高压供电电源，10 mm的针-柱间距，分别对单排针-单柱，单排针-双柱，双排针-双柱3种放电电极结构进行电晕放电，并采用testo 405-V1风速计进行风速测量。结果表明，双排针-双柱产生的风速最大。采用COMSOL多物理场仿真软件对3种电极结构进行离子风仿真，并与实验结果对比，结果吻合良好。以双排针-双柱电极结构进行了离子源和微型气泵集成系统实验。结果显示：该结构放电产生的离子风最大为2.11 m/s，可以将装置后端处的乙酸样品吸入；电离产生的最大电流信号为-10 nA左右，表明该装置实现了电离功能。本文所设计的离子源和微型气泵集成系统，实现了后吸式进样并电离，省去了庞大复杂的供气装置，有望应用于便携式分析仪器中。