基于微流控芯片的FISH检测及其自动化扫描系统研究

发布时间：2020-04-19 19:32

【摘要】：荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization,FISH)作为一种重要的分子生物学检测方法,在多种疾病的筛查、诊断、用药指导、预后等方面具有重要的临床意义。本文通过分析FISH技术的原理和优势以及国内外的发展现状,说明了自动化FISH检测技术的重要性,探讨了当前自动化FISH检测技术存在问题,进而提出本课题研究内容。本课题以自动化FISH检测为目标,以FISH技术在白血病诊断中的应用为切入点,针对FISH检测过程中的样本处理、杂交染色、全自动荧光成像等问题展开了一系列研究。本课题主要研究工作如下:首先,分析了全血中血细胞的形态学特征,设计了一种基于尺寸分离方法的微流控芯片用于FISH检测中的血液样本处理;结合嵌入式技术设计搭建了简易的半自动实验装置,对芯片上的样本进样和杂交染色进行半自动控制;在芯片和简易实验装置的基础上进行了血液样本处理实验和FISH染色实验,证明了本课题所设计方案的可行性。其次,本课题研究了荧光显微镜的成像原理,对普通生物显微镜进行升级改造;通过采用高性能三通道滤光片组代替传统单通滤光片组的方案,在不增加成本的基础上,保证了优秀的成像质量,提高了系统扫描速度;通过自行设计的电动载物台和电动调焦机构,使显微镜具备了基本的自动化能力;结合嵌入式相关技术设计了一套显微镜控制器,并对显微镜的光学成像性能、机械性能、定位性能等进行了测试与分析。最后,本课题对荧光显微镜的自动聚焦算法展开研究;使用MATLAB软件对几种经典聚焦评价函数在荧光图像上的实际效果进行对比分析;根据FISH图像的特征,提出了一种动态窗口规划算法,提高了自动聚焦速度;对传统的爬山搜索算法进行改进,在搜索过程中增加新的判决因子,解决了传统爬山搜索算法容易陷入局部极值的问题,同时在爬山搜索到的粗焦点之后结合曲线拟合的方法计算精确的焦点位置,提高了系统的聚焦速度和聚焦精度。本课题将微流控技术、自动控制技术和自动聚焦技术应用到FISH检测的各个环节,简化了FISH检测流程,提高了FISH检测的自动化程度和检测效率,具有一定的实际应用价值。
【图文】：

技术原理

图 1.1 FISH 技术原理般为骨髓血或外周血，进行 FISH 检测的操作步检，操作方法如下[12]：：①采集的新鲜样本用红细胞裂解液处理掉大部为 0.075 mol/L 的 KCl 溶液对细胞进行低渗处理固定及固定；④对混合溶液进行离心，取细胞悬℃条件下烤片 30 min。：①用 SSC 试剂清洗样本玻片两次，，每次 5 min精进行脱水操作，并在室温下进行干燥；③取 10μ玻片盖好并封片；④使用杂交仪进行变性杂交，85揭去盖玻片，用 SSC 试剂清洗样本玻片两次，每次室温下风干后滴加 10 μL 的 DAPI 试剂进行复染检：①打开荧光显微镜，用合适倍率的物镜观察样行统计计数；③切换荧光显微镜的滤光片组观察进行判读，计数显示异常信号的细胞数；④计算

均匀分布,样本处理,设备

外自动化仪器设备场上围绕 FISH 检测中的样本处理、杂交染色和荧光成像有一系这些产品大多只针对 FISH 检测中的某一环节实现自动化操作，，但也存在各自的局限性。本处理设备检测样本的处理主要是滴加试剂、离心和滴片，在传统的应用中成，离心和滴片可以借助一些自动化设备来进行，如图 1.2 ic 公司模仿手工滴片操作推出了一款型号为 Zendropper 的全自采用基于“水层”技术的细胞分散方法，可将细胞均匀分布于标 25 分钟完成总共 40 张玻片的滴片操作，操作样本适用于外周血液样本，可用于产前诊断、生殖遗传、血液病学等领域的细胞遗一般仅仅针对样本处理中的某一环节实现自动化操作，设备往往，对人员的依赖程度很大。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH776;R733.7;TP391.41;TN492

【参考文献】