微体积动态杂交仪的研制

发布时间：2017-05-06 19:04

  本文关键词：微体积动态杂交仪的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核酸分子杂交技术作为核酸检测技术的一种重要的手段,已经成为生物化学、细胞生物学和分子生物学研究中最广泛的技术之一,同时也是临床分子检测的重要技术。近年来,随着对纳米材料研究的深入,研究人员发现,使用磁性纳米颗粒作为固相载体的核酸杂交反应较传统的核酸杂交方式在分离纯化方面更具优势,但反应效率因磁性颗粒沉降和表面的立体空间限制而可能受到影响。因此,为充分发挥磁性颗粒的优势并尽可能克服其不利的一面,有效的途径就是使磁性颗粒在反应中始终处于悬浮运动状态。所以,针对核酸杂交反应体系尤其是微体积杂交体系配备相关的自动化仪器对磁性颗粒进行充分的混匀扰动是很有必要的,但目前尚缺少这方面的研发和应用方面的报道。基于上述需求,在实验室前期建立的磁性纳米颗粒修饰的核酸分子杂交方法的基础之上,本课题进一步研制了适用于磁性纳米颗粒为固相载体的核酸分子动态杂交装置。本论文首先依据磁性纳米颗粒修饰的核酸分子杂交技术和检测方法,确定本系统所需实现的功能和参数指标。然后根据功能需求确定微体积动态杂交仪的各个功能模块,其中包括精确的温度控制模块、液体混匀模块、核心控制模块、人机交互模块以及其他一些辅助模块。在此基础上,完成系统机械结构和控制方案的设计。本系统的温度控制方案采用增量型PID与PWM (Pulse Width Modulation)控制方法中最经典的单周控制法相结合的方式实现对反应腔内温度的精确控制,具有升温速度快、温度均一性好、易于控制等特点。混匀装置设计小巧、灵活,可以实现反应管不同状态下的运动,控制速度在0-40rpm可调,步进电机控制采用梯形加减速算法能够避免步进电机高速启动时失步现象。人机交互采用触摸屏的方式,不仅为用户提供一目了然而又舒适的界面,而且简便了参数设置的操作流程,并能对实验进程进行实时的监控。最后,根据本系统的设计目标,设计相关实验,验证本系统设计的科学性、合理性和实用性。本系统不仅可以为核酸分子杂交反应提供适宜的温度环境,而且可以很好地实现液体中磁性纳米颗粒的混匀,温度控制模块和液体混匀模块都达到了设定指标。最后的杂交实验结果也表明,本系统可以在很大程度上提高分子杂交的效率。
【关键词】：分子杂交仪 磁性纳米颗粒 增量型PID温度控制 纳米医学检测 扰动混匀
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q503
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 核酸分子杂交技术概述与发展8-9
• 1.2 基于磁性纳米颗粒的核酸分子杂交技术9-10
• 1.3 国内外核酸分子杂交仪的发展现状10-12
• 1.3.1 国外设备的发展现状11-12
• 1.3.2 国内设备的发展现状12
• 1.4 本课题的主要研究内容和意义12-13
• 1.5 论文结构及内容安排13-14
• 第二章 微体积动态杂交仪总体设计14-24
• 2.1 仪器工作原理与需求分析14-15
• 2.2 系统的需求分析与性能指标15-20
• 2.2.1 系统的需求分析16
• 2.2.2 系统的架构规划16-17
• 2.2.3 系统的性能指标17-20
• 2.3 系统功能模块的设计20-22
• 2.3.1 温度控制模块20-21
• 2.3.2 旋转混匀模块21
• 2.3.3 核心控制模块21-22
• 2.4 微体积动态杂交仪的关键技术分析22
• 2.4.1 精确的温度控制技术22
• 2.4.2 运动控制技术22
• 2.5 本章小结22-24
• 第三章 温度控制模块24-36
• 3.1 温度控制模块设计24-26
• 3.1.1 温度控制方案的设计原理24
• 3.1.2 温度控制模块的机械设计24-26
• 3.2 硬件控制电路的设计26-30
• 3.2.1 核心控制电路的设计26
• 3.2.2 温度采集电路的设计26-28
• 3.2.3 驱动电路的设计28-29
• 3.2.4 旋转挡板的控制29-30
• 3.3 温度控制算法的设计与优化30-34
• 3.3.1 温度控制算法的设计30-33
• 3.3.2 温度控制算法的优化33-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 混匀模块的设计和实现36-42
• 4.1 液体混匀方式36
• 4.2 混匀模块的结构设计36-37
• 4.3 混匀模块的控制37-41
• 4.3.1 步进电机的驱动方案37-39
• 4.3.2 步进电机的控制电路设计39-40
• 4.3.3 步进电机控制的软件实现40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 仪器的调试及有效性验证42-50
• 5.1 仪器组装与使用说明42-45
• 5.1.1 系统的组装42-43
• 5.1.2 触摸屏界面介绍及操作流程介绍43-44
• 5.1.3 实验操作流程44-45
• 5.2 关键性能测试45-47
• 5.2.1 温度模块的性能测试45-46
• 5.2.2 混匀效果验证实验46-47
• 5.3 核酸分子杂交实验47-48
• 5.3.1 核酸分子杂交实验流程47-48
• 5.3.2 实验结果与分析48
• 5.4 本章小结48-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 6.1 论文总结50
• 6.2 展望50-52
• 参考文献52-58
• 硕士期间发表论文和专利58-60
• 致谢60

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