碳納米孔DNA測序中堿基電信號識別算法的仿真研究.pdf

1、DNA測序技術(shù)對于人類研究生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)有著非常重要的作用，自20世紀(jì)七十年代第一代測序技術(shù)誕生以來，DNA測序技術(shù)進(jìn)展迅猛。碳納米孔測序技術(shù)作為一種第三代測序技術(shù)，以其測序速度快，測序通量高，較低成本等特點(diǎn)獲得了研究者們的重視。碳納米孔技術(shù)是最有希望實(shí)現(xiàn)個(gè)人全基因組測序成本降到1000美元以下的技術(shù)。不同種類的堿基在電泳作用下通過碳納米孔時(shí)產(chǎn)生的電流表現(xiàn)出差異，這構(gòu)成了碳納米孔測序技術(shù)的理論基礎(chǔ)。本課題組以膜片鉗放大器作為檢測堿基電流

2、的信號檢測裝置，采用USB2.0接口技術(shù)和FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文在此基礎(chǔ)上，完善了測序系統(tǒng)的最后一環(huán)—-堿基電信號識別算法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)從采集堿基信號到數(shù)據(jù)傳輸最后識別出堿基種類一套完整的流程。
　　本文從膜片鉗放大器的特性出發(fā)，分析了其作為測序系統(tǒng)微弱電流放大器的可行性。探究了堿基穿孔產(chǎn)生電信號的基本原理，建立了信號產(chǎn)生的電路模型，分析了信號的特性，在此基礎(chǔ)上采用方波加白噪聲模擬堿基信號。采用閾值法測定信號的兩個(gè)特征

3、值—寬度和幅值，并和信號經(jīng)傳統(tǒng)濾波器濾波后和小波去噪后再運(yùn)用閾值法測定的結(jié)果做對比。運(yùn)用小波變換確定信號邊界，測出信號的特征值。運(yùn)用聚類分析的方法對信號根據(jù)特征值進(jìn)行分類，進(jìn)而將每一個(gè)信號識別歸類。研究發(fā)現(xiàn)，在信號不進(jìn)行去噪的情況下，閾值法錯(cuò)誤率較大。傳統(tǒng)濾波器對信號去噪后，閾值法不能精確測定信號的寬度。信噪比為15dB下基于小波去噪的閾值法對于精確測定信號的準(zhǔn)確度和寬度及幅度效果較好。信噪比為10dB基于小波去噪后的閾值法測量精度大幅