SPR传感技术在生物医学工程中的研究与应用.pdf

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1、G e n e r a lR e v i e wl 综述 S P R 传感技术在生物医学工程中的研究与应用 米永巍1 ，刘国华2 ，张维2 ( 1 广州军区武汉总医院，武汉4 3 0 0 7 0 ；2 南开大学信息科学技术学院，天津3 0 0 0 7 1 ) 【摘要】回顾了S P R 技术的主要发展历史，简要介绍了S P R 传感器的工作原理、技术参数与分类，并讨论了S P R 传 感技术在生物医学工程领域的应用和发展前景，指出该项技术的发展趋势为：进一步提高检测灵敏度及分辨率、实现 多通道检测、器件微型化和阵列化等。 【关键词1 表面等离子共振；生物传感器；生物分子相互作用 【中图分类号 R

2、 3 1 8【文献标志码】A【文章编号】 1 0 0 3 8 8 6 8 ( 2 0 0 8 ) 0 6 - 0 0 3 1 - - 0 4 R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fS P RS e n s o rT e c h n i q u ei nB i o m e d i c a lE n g i n e e r i n g M IY o n g - w e i l ，U UG u o - h u a 2 ，Z H A N GW e i 2 ( 1 W u h a nG e n e r a lH o s p i t a lo fG u a

3、 n g z h o uM i l i t a r yA r e aC o m m a n d ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a ；2 C o l l e g eo fi n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y ，N a n k a iU n i v e r s i t y ，T i a n j i n3 0 0 0 71 ，C h i n a ) A b s t r a c tn em a j o rd e v e l o p m e n t si nS P Rt e c h n o l o g ya l er e v

4、i e w e d T h ep r i n c i p l e p a r a m e t e r sa n dc o r d l g u m t i o n so fS P R s e n s o r sa l ea l s oi n t r o d u c e d T h e nt h ea p p l i c a t i o n sa n df u t u r ep r o s p e c t so fS P Rs e n s o rt e c h n o l o g yi nb i o m e d i c a le n g i n e e r i n g a r e aa l ed

5、i s c u s s e d I ti s p o i n t e do u t t h a tt h ed e v e l o p m e n to ft h i st e c h n o l o g yt e n d st of u r t h e ri m p r o v et h ed e t e c t i o n s e n s i t i v i t ya n dr e s o l u t i o n ，m u l t i - c h a n n e ld e t e c t i o n ，t h ea r r a yo fm i c r o - - d e v i c e s

6、 ，e t c C h i n e s eM e d i c a lE q u i p m e n tJ o u r n a l ， 2 0 0 8 ，2 9 ( 6 ) ：3 1 - 3 4 】 K e yw o r d ss u r f a c ep l a s m o nr e s o l a l l c e ；b i o s e n s o r ；b i o m o l e c u l a li n t e r a c t i o n s 1引言 目前，表面等离子共振( S u r f a c eP l a s m o nR e s o n a n c e S P R ) 传感技术已经

7、引起人们的关注现已研制出多种应用于 生物、化学检测相关众多领域的S P R 传感器。实践证明S P R 传感器与传统检测手段比较，具有无需对样品进行标记、实 时动态检测、高灵敏度等突出优点，因此其在医学诊断、环境 监测、生物技术、药品研制和食品安全检验等领域具有广阔 的应用前景 2 基本原理 1 9 5 7 年，R i t c h i e 发现当电子穿过金属薄片时存在能量 吸收峰。他将这种吸收峰称之为“能量降低的”等离子体模 式并指出了这种模式与薄膜边界的关系这也是第一次提 出用于描述金属内部电子密度纵向波动的“金属等离子体” 的概念I ”。2 年后P o w e l l 和S w a n 通

8、过实验证实了R i t c h i e 的 理论1 2 3 。随后S t e r n 和F a r r e l l 提出了这种等离子体模式的共振 条件，并将其称作“表面等离子体共振” 3 1 。1 9 6 8 年 K r e t s c h m a n n l 4 I 和O t t o p q 各自利用衰减全反射( A t t e n u a t e dT o t a l R e f l e c t i o n A T R ) 的方法证实了光激发表面等离子体共振现 象的存在。 等离子体通常是指由密度相当高的自由正、负电荷组成 的气体其中正、负带电粒子的数目几乎 相等内部不形成空间电荷。当金属受

9、到 电磁干扰时金属中电子密度分布就会 变得不均匀从而形成价电子相对于正 收稿日期：2 0 0 7 1 0 2 3 修回日期：2 0 0 8 - 0 1 1 0 作者简介：米永巍( 1 9 7 5 一) ，男山东泰安人硕士 t 管技师主要从事传感器与智能系统的研究工 作，E m a i l ：t o m y w a y 1 6 3 C O r n 。 电荷背景的密度起伏振荡。由于库仑力的长程作用这种局 部的电荷密度振荡将引起整个电荷系统的纵向集体振荡并 以密度起伏波的形式表现出来。不难看出金属中价电子相 对于正离子背景的这种振荡与导电气体中的等离子振荡相 似故将其称为金属中的等离子振荡 6 1

10、。 表面等离子体振荡可以存在于2 种介质( 金属与电介 质) 的分界面。由这种电荷密度振动引起的电磁场沿着分界 面传播开来，形成表面等离子体波( S u d a c eP l a s m o nW a v e S P W ) 。S P W 是一种偏振的横磁波其磁场矢量垂直于S P W 的传播方向。平行于2 种介质的分界面且S P W 的场矢量在 介质分界面达到最大值并在2 种介质中呈指数快速衰减。 当外加电磁场与S P W 的波矢相等时就会激发S P R 现象。 S P R 传感系统一般采用入射光作为S P W 的激发源。网1 为棱镜耦合式S P R 传感系统的结构示意图下面以此为例说 明其结

11、构原理：入射光射入棱镜后在棱镜和金属膜的界面发 生全反射光电检测器接收反射光并测量光强由于在金属 膜上制备有一层敏感膜( 其中含有町与待测生物分子反应的 探针分子) 因此敏感膜与样品池中含有待测生物分子的样 液充分接触 入射光在棱镜和金属膜的界面上发生全反射时会在金 属膜中产生消逝波但消逝波的传播深度非常有限阂此入 射光的全部能量均可反射回棱镜中。然而当入射光的波长 及入射角满足一定条件时检测到的反射光强度会大幅度减 弱。这是由于此时发生了S P R 现象，即一部分能量通过金属 膜内的消逝波在金属与敏感膜的界面上传递给表面等离子 波即消逝波与表面等离子波发生了共振，如图2 所示的 S P R

12、响应曲线。 共振时能量从光子转移到表面等离子体因此可从反射 医疗卫生装备2 0 0 8 年6 月第2 9 卷第6 期Q 1 C h i n e s eM e d i c a JE q u i p m e n tJ o u r n a l V o l 2 9N 0 6J u n e2 0 0 8 U 综述IG e n e r a lR e v i e w 越 嘲 簧 摇 怄 特异性结合 图1S P R 传感系统结构示意圈 图2S P R 响应曲线 光强度上看到一个反射率 的最小尖峰这个尖峰称为 吸收峰此时对应的入射光 波长为共振波长对应的入 射角为共振角。由于这种共 振的发生使得反射光的能 量大

13、幅衰减因此称这种全 反射为衰减全反射( A T R ) 。 共振波长、共振角与敏感膜的介电常数有关，而敏感膜的 介电常数在其与待测生物分子的相互作用过程中会发生变 化。因此通过检测共振波长或共振角的变化可以获得待测生 物分子及其与敏感膜相互作用的信息。利用恰当的测量及数 学处理手段还町计算出待测分子在单位面积的结合量同及分 子反应的动力学过程旧。 3S P R 传感系统的主要参数 3 1夏敏度 S P R 传感系统的灵敏度被定义为直接检测参数( 如共振 角或共振波长) 的变化与待定参数( 如折射率、膜厚、浓度等) 的变化之比。对于检测共振角的传感系统灵敏度随着入射 光波长的减小而增大：相反，对

14、于检测共振波长的传感系统。 灵敏度随入射光波长增大而增大。棱镜耦合方式的S P R 传感 系统的灵敏度高于光栅耦合方式。有报道称检测共振波长 的棱镜耦合S P R 传感系统灵敏度可达80 0 0n n d R I U ( R e f r a c t i v eI n t e m a t i o n a lU n i t ，简称R I U 折射率的国际单位) 嗍。 3 2 分辨率 S P R 传感系统的分辨率是传感系统能分辨的待定参数 ( 如折射率) 的最小变化。它与检测精度有关，受系统噪声的 限制I m l ，噪声主要来自温度、光源、光电探测器等。瑞典的 L i n k op i n g 大学

15、和B I A c o r e 研制的检测共振角度的棱镜耦合 S P R 传感系统的折射率分辨率高于3 x 1 0 。R I U 一种使用声 光调制器和调制频率测量方法的光栅耦合方式S P R 传感系 统的分辨率接近l x l 0 。R J U J 。 3 3 检测范围 S P R 传感系统的另一个重要参数是检测范围定义为传 感系统可检测的待定参数的取值范围如可检测敏感膜的折 射率或待测样液浓度的变化范围等。 除了这3 种主要参数衡量S P R 传感系统性能的参数还 包括选择性、响应时间及稳定性等。传感器的这些性能是由系 统的各个组成部分决定的如灵敏度、稳定性、分辨率主要依 赖于光学系统、敏感膜

16、及检测系统的性能，选择性和响应时间 Q 9 医疗卫生装备2 0 0 8 年6 月第2 9 卷第6 期 U - c h i n e s e M e d i c a l E q u i p m e n t J o u r n a l V o l 2 9 6 J u n e 2 0 0 8 主要由敏感膜决定，检测范围则主要由棱镜的折射率决定。 4S P R 传感系统的分类 S P R 传感器的检测分析方法可分为以下4 种： ( 1 ) 单色光入射。改变入射角，检测反射光的归一化强度 随入射角的变化情况并记录反射光强度最小时的入射角即 共振角。 ( 2 ) 复色光入射，固定入射角，对反射光的光谱进行分

17、 析得到反射率随波长的变化曲线，并记录共振波长。 ( 3 ) 入射光的角度和波长都固定通过检测反射光强度 的变化分析折射率的变化 ( 4 ) 入射光的角度和波长都固定观测入射光与反射光 的相位差 这4 种方法中前两种的应用最为普遍：第3 种受扰动 产生的误差较大不太实用；最后一种方法的灵敏度最高，但 系统需要一系列的高频电路。 按照S P R 传感系统中不同的光学耦合结构目前S P R 传感系统可分为4 种结构类型，即棱镜耦合结构、衍射光栅 结构、光学波导结构以及光纤耦合结构。 4 1 棱镜耦合结构 棱镜耦合具有结构简单、易于实现且灵敏度高等特点， 使用较为广泛。其中根据传感膜结构的差异又可分

18、为O t t o 结构和K r e t s c h m a n n 结构2 种类型如图3 所示。 在O t t o 结构中 棱镜的底部与金属膜 之间有一段空隙其 厚度d 与入射光波长 相近。将待测物质放 置于空隙中通过调 整空隙的厚度d 来激 发S P W 但由于空隙 厚度不易控制制作、 陟- 乡扣 O t t o 结构 K r e t s c h m a n n 结构 图3 棱镜耦合S P R 传感器结构示意图 使用都不方便因此很少采用这种结构。K r e t s c h m a n n 结构中 棱镜与金属膜之间不存在空隙待测物质放置在金属膜下 方通过调整激发光的入射角或波长来激发S P W

19、 。在这2 种 结构中。人们对后者的研究和应用较为广泛。 为了避免入射光在棱镜表面的折射一般要使入射光垂 直棱镜表面入射、出射故棱镜主要分为两种：等腰j 角形棱 镜、半圆柱形棱镜。对于K r e t s c h m a n n 结构，制作棱镜耦合 S P R 传感器时首先在棱镜底部制备一层厚度约为5 0 t i m 的 金属膜( 一般采用A u 或A g ) 和具有选择性的敏感膜( 膜上固 定有与待测分子相对应的探针分子) 并将其置于样品池的 上方如图4 所示。人射 光在棱镜底部发生衰减 全反射激发S P W 通过 对反射光的检测便可 得到共振角或共振波 长从而实现对待测样 品的检测。 4 2

20、 光学波导结构 这种结构的工作原图4 传感子系统结构示意图 G e n e r a lR e v i e wl 综述 理与棱镜耦合方式的K r e t s c b m a n n 结构很相似。波导中传播 的光波经过表面覆盖着金属膜层的区域时在金属层界面发 生全反射如图5 所示。如果S P W 的相位与光波导模式的相 位一致则会激发S P W ，此时在波导的输出端可以检测到 S P R 峰值曲线。这种结构具有光路人为可控、易于小型化及 良好的稳定性等突出优点因此具有一定的研究价值。 横向磁 图5 光学波导结构示意图 待测样品 金属膜 波导层 衬底 4 3 光栅耦合结构 衍射光栅耦合结构的S P

21、R 传感系统如图6 所示。在这种 结构巾金属层与介质层构成周期性变化的光栅曲面当入 射光照射到光栅表面时便会发生衍射不同的衍射角对应不 同的衍射阶。当某一阶衍射光的波矢在界面方向的分量与 S P W 的波矢相等时，二者发生共振，发生S P R 现象。此时对 应的衍射阶光强就会大幅降低，甚至消失。所以光栅耦合结 构的S P R 传感系统可以通过检测衍射光强分布的方法来获 得与棱镜耦合方式类似的S P R 峰值曲线。 待涮样品 金属膜 光栅 入射光 肘一1 朋：0 图6 光栅耦合结构示意图 4 4 光纤耦合结构 光纤耦合结构的 S P R 传感器采用光纤 作为光的传输媒质 由于光纤的特殊性 因此这

22、种传感器具有 其他结构传感器所没有的特点：它可以很方便地探测一些人 类难以进入或者有害的地方：可以通过光纤对敏感信。g - 的传 输实现远程检测和分布式检测而且也可以达到较高的灵 敏度。光纤耦合类传感器一般是将普通光纤部分保护层剥 离，将纤芯裸露，之后在纤芯外包裹金属膜层及敏感层，如图 7 所示。 图7 光纤耦合结构示意图 5S P R 传感器的主要 应用领域 1 9 8 2 年瑞典的 N y l a n d e r 和L i e d b e r g 将 S P R 原理应用于气体检 测和生物传感器领域 中。从那时起S P R 传感 技术取得了持续长足的 进展各种新的S P R 传 感结构设计

23、纷纷面世 并被广泛应用于物理量 测量、化学检测、生物检 测等领域。近年来S P R 传感技术在生物医学工程领域中的 应用更是得到了飞速发展。 由于S P R 传感系统在生物医学检测方面具有非常明显 的优势加之其极为广阔的应用前景，使该领域的研究受到 越来越多的关注。自1 9 8 2 年S P R 传感系统首次应用于生物 领域以来S P R 生物传感系统已经被广泛应用于各种类型的 生物分子检测。它町用于检测生物分子的结合作用或是通 过生物分子结合作用的检测来完成特定生物分子的识别及 其浓度的测定如早期的抗原一抗体2 l 的相互作用S t r e p t a t i v i d i n 和维牛素H

24、 的相互作用以及一些I g G 的检测。近年来 有关S P R 生物传感技术的研究还涉及到了蛋白质之间或蛋 白质与D N A ( D e o x y r i b oN I X C l e i cA c i d ) 相瓦作用的检测以及蛋 白质结构变化的检测抗瘤蛋白质A P C 的生物化学属性的检 测、醣蛋白与单克隆抗体动态反应过程的检测等。此外这种 传感系统检测的对象还包括细胞色素C 、葡萄糖、机球索、铁 蛋白、香烟中的烟碱等。S P R 传感系统还可用于医学、环境领 域，其对于破伤风毒素、艾滋病毒等的检测也已有文献报道。 基于S P R 传感系统的诸多突出优势其已，“泛应用于 疫苗研制、疾病诊

25、断、药物靶标、药物开发以及基冈测序等众 多领域。甚至在疾病治疗、案件侦破、环境监测、食品安伞检 验和兴奋剂检测等方面也极具应用研究价值随着国际上商 业化S P R 生物传感系统的出现S P R 传感技术正在成为直接 实时检测生物分子相互作用领域中最重要的技术。 6S P R 传感技术的发展趋势 由于S P R 传感技术与其他分析方法相比具有无可比拟的 独特优势其在很多领域特别是生物医学领域广阔的应用前 景得到了世界各国科学家的认同。然而现有的S P R 传感技术 与传统分析手段相比特别是与免疫检测手段相比，在检测成 本、易用性、稳定性、检测效率以及灵敏度等方面还存在一些 不足。这就决定了该技术

26、今后几年的主要发展趋势： ( 1 ) 进一步提高检测灵敏度及分辨率。目前S P R 传感 技术的检测精度要求在敏感膜L 的生物分子吸附量应大于 1p g m m 2 ，这对于低浓度、小分子量分子来说是不够的。相 信通过改进仪器的结构和检测手段、增加参考通道、改进传 感膜层结构、降低噪声影响和优化数据处理的算法等措施 灵敏度及分辨率还可以获得较大的提升。 ( 2 ) 实现多通道检测【m 。实现多通道检测具有3 个显著优 点：利用多通道町以一次检测多个样品，实现高通量检测 这在医药研究中极为有用：町以一次完成同一样品的不同 特征的检测，这一点对于医学诊断是非常必要的；在多通 道结构中通过引入参考通

27、道可消除非特异性响应的影响。 ( 3 ) 器件微型化和阵列化。S P R 传感器微型化与阵列化 带来的好处是价格将大大降低从而可以更快的进入各个生 化检测和分析领域：此外微型化后的S P R 传感器在稳定性 上也会有很大提高可以减少样品的使用量。因此，在未来的 发展中光纤耦合型S P R 传感器和集成光学波导型S P R 传 感器在微型化与阵列化方面必将大有作为 ( 4 ) 降低检测成本。降低检测成本的方法除了实现小型 化外更有效的途径是制作材料的选择。如研究或开发出可 以替代贵重金属的材料如利用光学塑料代替昂贵的光学玻 璃等。此外一些传感部件的再生利用应该是降低成本的更 为有效的途径。 7

28、展望 S P R 传感技术因其独特的技术优势在近2 0 来得到了 快速发展。S P R 生物传感技术和其他相关技术的成功结合 医疗卫生装备2 0 0 8 年6 月第2 9 卷第6 期Q Q C h i n e s eM e d b IE c l u i p r n e n tJ o u m a I v 0 1 2 9N O 6J u n e 2 0 0 8u u 综述JG e n e r a lR e v i e w 为研究者提供了更为准确详尽的信息也带来了更为开阔的 研究思路。可以预见，在不久的将来S P R 生物传感器必将成 为生物医学检测领域中最为重要的技术之一目前国际上已 经出现，仪器

29、化的相关产品并将其应用于生物医学研究。 国内研究人员已经对该项技术给予了足够的重视并进行了 深入的研究取得了丰硕的成果。由于S P R 传感系统具有非 常广阔的应用前景所以研制具有自主知识产权的S P R 传感 系统已迫在眉睫。 【参考文献】 l R i t c h i eRH P h y s J R e v ，1 9 5 7 ，1 0 6 ：8 7 4 - 8 8 1 【2 】P o w e l lCJ ，S w a nJB P h y s J R e v ，1 9 5 9 1 1 5 ：8 6 9 - 9 7 5 【3 】S t e r nEA 。F a r r e l lRA P h y

30、 J R e v ，1 9 6 0 ，1 2 0 ：1 3 0 - 1 3 6 1 4 】4 K r e t s c h m a n nE ，R a e t h e rH R a d i a t i v ed e c a yo fn o n r a d i a t i v e s u r f a c ep l a s m o n se x c i t e db yl i g h t J Z N a t u r f o r s c h ，1 9 6 8 ，2 3 A ： 21 3 5 21 3 6 f 5 】O t t oA E x c i t a t i o no fn o n r a d i

31、 a t i v es u r f a c ep l a s m aw a v e si ns i l v e r b yt h em e t h o do ff r u s t r a t e dt o t a lr e f l e c t i o n J 1 ZP h y s i k 1 9 6 8 ， 2 1 6 ：3 9 8 4 1 0 【6 】吕世骥固体物理教程【M 】北京：北京大学出版社，1 9 9 0 ：1 3 5 【7 】7 Z d z i s l a wS a l a r n o n ，Y i nW a n g ，G o r d o nT o U i n ，e td A s

32、s e m b l y a n dm o l e c u l a ro r g a n i z a t i o no fs e l f - a s s e m b l e dl i p i db i l a y e r so ns o l i ds u b s t r a t e sm o n i t o r e db ys u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c es p e c t r o s c o p y 【J 】B i o c h i m i c ae tB i o p h y s i c aA c t a 1 9 9 4 ，l1 9 5 ：2

33、 6 7 - 2 7 5 【8 】8K a i j aA S u r f a c ep l a s m o nr e s o n a i c eb i o s e n s o r sa sat o o li na n t i b o d ye n g i n e e r i n g 【J B i o s e n s o r s B i o e l e c t r o n i c s ，1 9 9 8 ，1 3 ： 6 5 3 6 6 3 【9 】H o m o l aJ ，S c h w o t z e rG ，L e h m a r mH ，e t 一An e wo p t i c a lf

34、 i b e r s e n s o rf o rh u m i d i t ym e a s u r e m e n t ( C V E O SA n n u a lM e e t i n gD i g e s t S e r i e s ，P h o t o n i c s 9 5 ，P r a g u e ，C z e c hR e p u b l i c ，1 9 9 5 ：2 4 5 - 2 4 8 【1 0 1J o n s s o nU ，F a g c r s t a mL ，I v a r s s o nB ，e l0 1 R e a l - t i m eb i o s p

35、 e c i f i c i n t e r a c t i o na n a l y s i su s i n gs u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c ea n das e n s o r c h i pt e c h n o l o g y 叨B i o t e c h n i q u e s ，1 9 9 1 ，1 1 ：6 2 0 - 6 2 7 【1 1 】K o l o m e n s k i iAA ，G e r s h o nPD ，S c h u e s s l e rHA S e n s i t i v i t ya n d d

36、 e t e c t i o nl i m i to fc o n c e n t r a t i o na n da d s o r p t i o nm e a s u r e m e n t sb y l a s e r i n d u c e ds u r f a c e p l a s m o nr e s o n a n c e 【J 】1 9 9 7 ，3 6 ：65 3 9 65 4 7 【1 2 】K a i j aA S u r f a c ep l a s m o nl t s e n a n c cb i o s c n s o r s 衄at o o li na n

37、t i b o d ye n g i n e e r i n g 明B i o s c n s o r s B i e e l e c t r o n i c s ，1 9 9 8 ，1 3 ：6 5 3 - 6 6 3 【1 3 】H o m o l a ，H o n g b oBL u ，G a r e tGN e n n i n g e r ，e ta 1 An o v e lm u l t i - c h a n n e ls u r f a c ep l a s m o nr c s o n a l l c eb i o s e n s o r 【J 】S e n s o r sa

38、n dA c l u a t o r s 2 0 0 1 B 7 6 ：4 0 3 4 1 0 + - + 一- + - + - + 一+ - + - 卜- + 一+ 卜- + - + - 卜- + - + - + - + 一+ 一+ - + - - - 6 + - - 4 - - + - 4 - - + - 4 - - - - 6 - - 卜- “ 4 - - + - + - + - - - 6 - - + - - 4 “ - - - - 4 - - + - - 4 - - - 4 - - - + - - + - + ( 上接第3 0 页一一) ( 3 ) 防雷击设计 车辆电源人口和车内设备

39、有防雷电器件和压敏电阻保 护。 ( 4 ) 地线设计 车辆设置良好的接地。安全地、数字信号地、模拟信号地 分开布设。 ( 5 ) 屏蔽设计 针对各种电磁场干扰，屏蔽设计是比较有效的方法。短 波和超短波电台射频信号、手术车和X 线车的水箱加热控制 继电器应采用同态继电器 ( 6 ) 软件抗十扰设计 在设计制氧车和运血车微机控制系统时软件均须进行 抗干扰设计，采取开关量输人输出、模拟量滤波和软件看门 狗设计以保证系统软件的可靠性围。 远程会诊车、生物侦察车以及生物检验车在航天2 0 3 所 电磁兼容实验室和北方车辆研究所电磁兼容试验室进行传 导、辐射敏感度等试验结果满足大纲要求， 3 4 应用故障

40、自诊断技术提高车辆电气系统维修性 卫生技术车辆大量采用计算机自动控制系统实现车辆 功能为维修带来困难在设计电气系统时应考虑增加自诊 断措施 ( 1 ) 可以采用开机自诊断、运行时定时自诊断、故障时键 控自诊断，将运行时出现的故障代码存赭在存储器中并通 过显示屏显示出来，或通过通讯接E l 在P C 上显示故障代码、 故障原因和处理意见。暖风机、V 2 8 0 制冷制热机组的控制系 统均具有自诊断功能。 ( 2 ) 应用模糊( F u z z y ) 自诊断技术提高维修性。 对于某些系统故障的形成往往是众多冈素共同作用的 结果而各因素之间的联系复杂对最终故障的贡献权重又 3 4 医疗卫生装备2

41、0 0 8 年6 月第2 9 卷第6 期 C h i n e s eM e d i c a lE q u i p m e n tJ o u r n a l V o L 2 9N o 6J u n e2 0 0 8 十分模糊无法用准确的二值逻辑方法进行表示。在设备故 障诊断中对于故障的模糊现象。采用传统的诊断方法存在 一些用难而模糊诊断在这方面则湿示出其优越性。空气加 热器的设计中就应用了F u z z y 自诊断技术实现了故障自诊 断。 运用模糊数学的原理建立模糊故障诊断矩阵可以避 免建立精确数学模型的烦琐工作蚓只要隶属度函数和模糊 故障矩阵建立合理就能够较准确地判断有无故障以及故障 类型。因

42、此，运用模糊推理进行故障诊断，不失为一种简单可 行的方法。 4 结语 在运血车、三防侦察和检验车以及远程医疗车、移动生 物安全实验室电气系统设计过程中均采用了低功耗设计、抗 干扰设计和维修性设计技术使午I 辆达到了技术指标要求 圆满完成了各项任务且均已通过军队定型和国家科技部验 收 【参考文献】 【l 】何立民单片机应用系统设计【M 】北京：北京航空航天大学出 版社1 9 9 9 【2 】沈全赫军队卫生装备学【M 】北京：人民军医出版社，1 9 8 7 【3 1 L i a oJC ，Y e hSN N o v e li n s t a n t a n e o u sp o w e rc o

43、n t r o ls t r a t e g ya n d a n a l y t i cm o d e lf o ri n t e g r a t e dr e c t m er i n v e r t e rs y s t e m s 【J 】- I E E E T r a n sI n dA p p l i c a t ，2 0 0 5 ，1 5 ：88 8 5 - 89 9 3 【4 】刘志国，高振海，初泽坤远程医疗会诊车电磁兼容性研究与试 验【J 】安全与电磁兼容，2 0 0 7 ( 5 ) ：8 1 9 2 【5 】刘志国W E S T 仪表与P C 机通讯设计【J 】医疗卫生装备，2 0 0 1 ，2 2 ( 2 ) ：9 1 0 【6 】刘志国虚拟仪器技术及其在生物实验中的应用【J 】医疗卫生装 备，2 0 0 0 2 1 ( 2 ) ：1 4 - 1 6