基于磁分离的全自动核酸提取系统设计与实现

发布时间：2017-07-04 00:12

  本文关键词：基于磁分离的全自动核酸提取系统设计与实现

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【摘要】：近年来,核酸检测技术因其灵敏性高、特异性强且无窗口期等显著优点在生命科学研究和医学临床检验中发挥着愈发重要的作用。随着核酸检测技术的不断发展,研究人员期望能够在短时间内完成对大量样本的检测研究,而作为核酸检测过程中首要关键的核酸提取技术,成为制约核酸检测技术发展和广泛推广应用的瓶颈之一。核酸提取技术亟需朝着高效、快速、全自动化的方向发展,因此,针对自动化核酸提取系统的深入探究和实现是迫切且必要的。基于上述需求,本文以“方法指导设备研制,设备促进方法完善”为设计思想,提出了一套完整的基于磁分离的全自动核酸提取系统设计方案,围绕着全自动核酸提取系统的核心方法、功能模块、机械结构、控制系统等的原理和技术进行了较为深入的分析研究和设计实现。以生化实验通用的96孔板为反应容器,有针对性的设计了磁棒式磁分离装置,将运动控制技术、温度控制技术和人机交互技术进行有效结合,构建了具有自主知识产权的快速高效、全自动的小型化核酸提取纯化平台,可同时提取1-16个样本,满足了现场便携式快速样本处理的需求。解决了当前自动化核酸提取技术的瓶颈问题，搭建了基于μCOS-Ⅱ实时操作系统的嵌入式控制平台,并完成了电源模块、电机驱动、传感器采集、通信模块、温度控制等硬件电路设计,通过系统的软件编程实现了对三大功能模块的高效驱动和对系统的实时监控报警。完成了对全自动核酸提取系统各个功能模块的制造、组装和控制系统的软硬件调试之后,根据设计目标通过全血DNA提取实验对系统整体性能的完善性进行了验证,结果表明整个系统自动化程度高,提取速度快,结果稳定,操作简便,具有很好的应用前景。
【关键词】：磁分离 自动化 核酸提取
【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
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景与意义9-10
• 1.2 核酸提取技术概述10-12
• 1.2.1 核酸提取技术的原理和研究进展10
• 1.2.2 常用的DNA提取方法介绍10-12
• 1.3 自动化核酸提取的原理12-14
• 1.4 国内外核酸提取仪器的研究现状14-17
• 1.4.1 国外核酸提取仪器研究现状14-16
• 1.4.2 国内核酸提取仪器研究现状16-17
• 1.5 本课题主要研究内容和意义17-19
• 1.5.1 运动控制模块17
• 1.5.2 温度控制模块17
• 1.5.3 人机交互模块17-18
• 1.5.4 嵌入式控制系统18-19
• 第二章 系统总体规划与方案设计19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 系统整体设计19-25
• 2.2.1 系统功能和组成19-20
• 2.2.2 磁珠法核酸提取技术20-21
• 2.2.3 磁分离装置设计21-24
• 2.2.4 功能模块划分24
• 2.2.5 系统控制平台24-25
• 2.3 系统的实现25-26
• 2.4 系统的主要技术目标26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 运动控制模块设计27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 机械传动装置设计27-30
• 3.2.1 运动控制技术27
• 3.2.2 运动控制模块设计要求27-28
• 3.2.3 机械结构设计28
• 3.2.4 传动方式设计28-29
• 3.2.5 电机选型29-30
• 3.3 步进电机驱动设计30-35
• 3.3.1 步进电机驱动电路设计30-31
• 3.3.2 电机加减速控制算法31-32
• 3.3.3 S型曲线算法32-33
• 3.3.4 运动控制算法的实现33-35
• 3.4 实验结果与分析35-36
• 3.4.1 机械原点定位精度实验35-36
• 3.4.2 机械传动重复定位精度实验36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 温度控制模块设计37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 温度采集装置37-38
• 4.2.1 温度传感器选择37
• 4.2.2 测温电路设计37-38
• 4.3 温度调节装置38-44
• 4.3.1 温度调节装置的组成39-40
• 4.3.2 温度控制算法40-44
• 4.3.3 控制算法程序设计44
• 4.4 实验结果与分析44-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第五章 人机交互模块设计47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 触摸屏控制装置设计47-49
• 5.2.1 触摸屏技术的选择及其性能简介47
• 5.2.2 触摸屏控制装置的主要组成47-49
• 5.3 人机交互模块通信设计49-52
• 5.3.1 通信方式选择49
• 5.3.2 通信接口设计49-50
• 5.3.3 通信协议制定50-52
• 5.4 人机界面设计52-55
• 5.4.1 设计方法52
• 5.4.2 人机交互界面实现和操作流程52-55
• 5.5 本章小结55-57
• 第六章 嵌入式控制系统设计57-69
• 6.1 引言57-58
• 6.1.1 嵌入式系统的特点57
• 6.1.2 嵌入式系统体系结构57-58
• 6.2 嵌入式控制系统平台搭建58-62
• 6.2.1 微处理器的选型58-59
• 6.2.2 嵌入式操作系统的选择59-60
• 6.2.3 μC/OS-Ⅱ在C8051f上的移植60-62
• 6.3 嵌入式控制系统硬件设计62-65
• 6.3.1 电源模块和复位电路设计63
• 6.3.2 系统复位电路63
• 6.3.3 步进电机驱动电路设计63-64
• 6.3.4 光电传感器电路设计64
• 6.3.5 温度控制电路设计64-65
• 6.3.6 蜂鸣器电路设计65
• 6.4 嵌入式控制系统软件设计65-67
• 6.4.1 监控报警任务66-67
• 6.4.2 限位扫描任务67
• 6.4.3 交互任务67
• 6.4.4 电机驱动任务67
• 6.4.5 温度采集任务67
• 6.4.6 温度控制任务67
• 6.5 本章小结67-69
• 第七章 系统验证与实验69-73
• 7.1 引言69
• 7.2 手动DNA提取实验69-70
• 7.2.1 实验材料与仪器69-70
• 7.2.2 实验过程70
• 7.3 全自动核酸提取系统DNA提取实验70-71
• 7.3.1 实验材料与仪器70-71
• 7.3.2 实验过程71
• 7.4 实验结果与分析71-72
• 7.5 本章小结72-73
• 第八章 总结与展望73-75
• 8.1 总结73-74
• 8.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 硕士期间发表论文和专利申请81-83
• 致谢83

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1 刘文;柯辉鹏;梁红;;动植物总核酸提取试验[J];仲恺农业技术学院学报;2008年03期

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本文编号：515682