實時PCR聚合物芯片的總體結(jié)構(gòu)和控制電路設(shè)計.pdf

1、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種體外模擬自然DNA復(fù)制過程的核酸擴增技術(shù)。它屬于無細(xì)胞核酸擴增范疇,通過引物延伸核酸的某個特定區(qū)域而進行重復(fù)雙向DNA合成,它具有靈敏度和特異性高,操作簡便、快速的特點,并且反應(yīng)體系有多種應(yīng)用方式,能夠適用于不同的核酸樣品。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自從誕生之日起,就在基因工程和分子生物學(xué)方面展現(xiàn)了巨大的潛力,成為生物學(xué)實驗室不可缺少的手段。
　　 本課題在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計了實時PCR聚合物芯片。首先介紹了

2、PCR技術(shù)的變性、退火和延伸三個主要反應(yīng)過程以及生化反應(yīng)步驟,然后在生化反應(yīng)步驟的基礎(chǔ)上對PCR聚合物芯片進行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。選擇了結(jié)構(gòu)簡單易與集成的驅(qū)動單元電磁微泵,改進了人字形混合器結(jié)構(gòu),采用了鉑電阻溫度傳感器和制冷裝置,利用熒光對最終的擴增結(jié)果進行檢測。
　　 本文的重點是設(shè)計適用于PCR反應(yīng)的高密封性微閥。目前PCR系統(tǒng)中的微閥大都是微流控系統(tǒng)的通用閥,一般情況下不能滿足PCR反應(yīng)密封性高、溫度承受性好和結(jié)構(gòu)簡單易于集成

3、的要求。為了滿足PCR聚合物芯片對微閥的要求,本文設(shè)計了一種適用于PCR反應(yīng)的高密封性微閥。該閥的主體結(jié)構(gòu)是一個長方體閥頭連接著兩個圓柱形閥桿共同組成的閥芯結(jié)構(gòu),其中閥頭尺寸大于閥芯能夠?qū)α黧w進行二次密封,另外在蓋片上還具有與閥桿結(jié)構(gòu)尺寸相對應(yīng)的通孔。閥芯在電機的驅(qū)動下能夠與蓋片上的通孔配合。該閥的結(jié)構(gòu)簡單,僅靠一個伺服電機就能夠?qū)崿F(xiàn)閥的打開和關(guān)閉。利用ANSYS11.0對所設(shè)計的電機伺服式微閥進行了熱-結(jié)構(gòu)分析,最終得出結(jié)論,此電機伺

4、服閥的密封性與柱塞式微閥相當(dāng),適用于PCR反應(yīng)。
　　 論文還在以上設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計了聚合物芯片的控制系統(tǒng),它包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。其中硬件設(shè)計部分選用AT89C51作為主控芯片,設(shè)計了泵和電機驅(qū)動所需的PWM信號。軟件設(shè)計介紹了整個PCR控制的時序,利用VC++6.0提供的Active X控件Microsoft Communication Control編寫設(shè)計了上位機界面。最后論文利用Protues軟件對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行