基于单微通道的荧光PCR系统及其关键技术研究

发布时间：2017-09-20 21:35

  本文关键词：基于单微通道的荧光PCR系统及其关键技术研究

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【摘要】：随着中国航天梦“三步走”战略的稳步进行,我国已具有实现多人多天飞行、飞船与空间舱的交会对接的载人技术实力,开启了中国空间站新时代。由于太空飞行环境的特殊,因此对于长期在空间站环境实时监控,从而保障研究人员的健康安全是十分必要的。所以建立应用太空的微生物危害实时自动报警系统是势在必行的。论文是针对微生物危害实时自动报警系统的核心技术——实时定性定量DNA荧光检测技术以及微流控PCR扩增技术的研究基础上,提出四种具有自主知识产权的集成单微通道实时荧光PCR系统,并对其进行具体以下研究:(1)对四种基于单微通道的荧光PCR系统分别进行了结构分析,往复式循环单微通道系统简化了系统结构,动力源直接、稳定、精确,集成度高,具有典型的研究意义。而且单微通道设计与传统40循环多孔多排设计相比,具有更快的反应速度、减少试剂滞留现象、系统总消耗低、检测针对性强,提高总体反应效率。(2)实现对单微通道荧光PCR系统的微型荧光检测系统搭建,将稳定LED光源与尺寸1mm×1mm的微型检测传感器集成化设计,对解决应用于空间的微体积高灵敏度光路设计具有重要意义。经实验,此荧光检测模块测试中,阴性试剂的荧光相对值约表示为0.1V左右,阳性试剂的荧光相对值约表示为0.33V左右。此系统阴阳性试剂的荧光相对值的倍数大于3倍,满足用于荧光PCR扩增反应结果的定量分析曲线的原始基础。(3)温控采用对单微通道荧光PCR系统的环境场测温与温区点测温同时协调,场测温测量系统环境温度,点测温测量系统温区温度。此系统由多传感器信号采集、LCD显示和键盘输入等电路组成。采用PID算法实时检测对应温区和闭环控制加热,保证温度恒定。根据单微通道的荧光PCR系统调试结果:PCR扩增反应温区温度恒定,控温精度为1.5℃;信号采集平均误差约为1.0℃。
【关键词】：微生物危害报警器 PCR微流控芯片 荧光微光谱检测 温度循环
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V445
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 技术背景10-13
• 1.2.1 聚合酶链式反应（PCR反应）10-11
• 1.2.2 荧光共振能量传递（FRET）11-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.3.1 实时荧光PCR仪13-14
• 1.3.2 微流控PCR芯片14
• 1.4 研究意义14-15
• 1.5 研究内容15-17
• 第2章 多种基于单微通道的荧光PCR系统及其设计17-29
• 2.1 面向荧光PCR微系统的往复式循环单微通道系统17-20
• 2.1.1 往复式循环单微通道系统结构设计17-18
• 2.1.2 往复式循环单微通道系统工作原理18-20
• 2.2 基于气体热胀冷缩的微流道PCR扩增系统20-22
• 2.2.1 系统结构设计20-22
• 2.2.2 系统工作原理22
• 2.3 基于压电陶瓷鼓动输送式的单微通道PCR扩增系统22-24
• 2.3.1 常规型系统结构设计与工作原理23-24
• 2.3.2 微型系统结构设计与工作原理24
• 2.4 基于旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统24-26
• 2.4.1 系统结构设计25-26
• 2.4.2 系统工作原理26
• 2.5 本章小结26-29
• 第3章 一种基于单微通道的荧光PCR系统的关键技术研究29-53
• 3.1 一种基于单微通道的荧光PCR系统设计29
• 3.2 控制芯片29-31
• 3.3 荧光检测模块的硬件选择及应用31-42
• 3.3.1 光源的选择31-32
• 3.3.2 光电传感器的选择32-38
• 3.3.3 荧光检测模块的硬件设计38-40
• 3.3.4 荧光检测结果分析40-42
• 3.4 温度控制模块的硬件选择及应用42-48
• 3.4.1 加热材料42-43
• 3.4.2 测温方式43-48
• 3.5 进样动力模块的硬件选择及应用48-50
• 3.5.1 电机选取49
• 3.5.2 动力模块设计思路49-50
• 3.6 本章小结50-53
• 结论53-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间获得的研究成果59-61
• 致谢61

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本文编号：890543