基于蒙特卡洛方法的免疫层析试纸条光传输特性研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:szm2009szm
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免疫层析光学生物检测技术是以免疫层析试纸条为检测对象,采用光学方法获取试纸条上光学标记物的信息,从而得出试纸条上生物物质浓度。研究光在免疫层析试纸条中的传输情况,一方面是研究光子在混浊介质中传输的这样一类科学问题,另一方面可以为高性能免疫层析型光学检测仪器的设计提供理论支持。免疫层析试纸属光混浊介质,故可用Monte Carlo方法来模拟光子在其内的多次散射过程。在使用Monte Carlo方法模拟光子的散射行为时,在散射相函数方面,Craig F.Bohren等人通过电磁辐射传输理论分析了不同的散射模型,给出微粒模型和无限长圆柱模型的散射相函数。Alwin Kienle等人利用研究了光在牙小管模型中的散射分布研究,证明了无限长圆柱模型的正确性。  本研究将生物光子学的Monte Carlo模拟技术应用到探寻光子在免疫层析试纸中的传播规律上,从而为此类光学生物检测仪器的设计提供理论基础。在电镜下可观测到,免疫层析试纸具有由纤维和球形微粒构成的交错的疏松多孔结构,其中纸张纤维直径为0.5~2μm且纤维长度大于直径的10倍。所以,免疫层析试纸的散射模型可采用无限长直圆柱散射模型和球形粒子散射模型(纤维-小球模型)共同构成。在Monte Carlo模拟中,球形粒子的散射相函数采用Henyey-Greenstein相函数近似,而纤维的相函数根据无限长直圆柱的散射模型计算得出。进而,基于球形粒子和无限长直圆柱两种散射模型研究了免疫层析试纸的光传播特性以及探究了各种光学特性参量对传播特性的影响,并就如何提高免疫层析分析仪的检测水平做出讨论。  本文研究了纤维模型和小球模型的在出射表面的散射场光强分布,并给出散射光子在整个出射空间的角度分布,得到不同入射角下出射光的峰值位置的沿法线方向夹角和沿方位角的分布规律。通过模拟分析得到对于有固定主轴方向的纤维分布模型,出射光分布在垂直于主轴方向的平面。
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