實(shí)時(shí)PCR聚合物芯片的總體結(jié)構(gòu)和控制電路設(shè)計(jì).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(kuò)增技術(shù)。它屬于無細(xì)胞核酸擴(kuò)增范疇,通過引物延伸核酸的某個(gè)特定區(qū)域而進(jìn)行重復(fù)雙向DNA合成,它具有靈敏度和特異性高,操作簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn),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(shí)驗(yàn)室不可缺少的手段。
　　 本課題在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)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(gè)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(duì)PCR聚合物芯片進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易與集成的驅(qū)動(dòng)單元電磁微泵,改進(jìn)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(duì)最終的擴(kuò)增結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。
　　 本文的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)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(jiǎn)單易于集成

3、的要求。為了滿足PCR聚合物芯片對(duì)微閥的要求,本文設(shè)計(jì)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(gè)長(zhǎng)方體閥頭連接著兩個(gè)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(jìn)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(duì)應(yīng)的通孔。閥芯在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下能夠與蓋片上的通孔配合。該閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,僅靠一個(gè)伺服電機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)閥的打開和關(guān)閉。利用ANSYS11.0對(duì)所設(shè)計(jì)的電機(jī)伺服式微閥進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)分析,最終得出結(jié)論,此電機(jī)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(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了聚合物芯片的控制系統(tǒng),它包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)部分選用AT89C51作為主控芯片,設(shè)計(jì)了泵和電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的PWM信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)介紹了整個(gè)PCR控制的時(shí)序,利用VC++6.0提供的Active X控件Microsoft Communication Control編寫設(shè)計(jì)了上位機(jī)界面。最后論文利用Protues軟件對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行