實時PCR聚合物芯片的總體結構和控制電路設計.pdf

1、聚合酶鏈式反應(PCR)是一種體外模擬自然DNA復制過程的核酸擴增技術。它屬于無細胞核酸擴增范疇,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,并且反應體系有多種應用方式,能夠適用于不同的核酸樣品。聚合酶鏈式反應自從誕生之日起,就在基因工程和分子生物學方面展現(xiàn)了巨大的潛力,成為生物學實驗室不可缺少的手段。
　　 本課題在前人研究的基礎上設計了實時PCR聚合物芯片。首先介紹了

2、PCR技術的變性、退火和延伸三個主要反應過程以及生化反應步驟,然后在生化反應步驟的基礎上對PCR聚合物芯片進行了總體結構設計。選擇了結構簡單易與集成的驅動單元電磁微泵,改進了人字形混合器結構,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果進行檢測。
　　 本文的重點是設計適用于PCR反應的高密封性微閥。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反應密封性高、溫度承受性好和結構簡單易于集成

3、的要求。為了滿足PCR聚合物芯片對微閥的要求,本文設計了一種適用于PCR反應的高密封性微閥。該閥的主體結構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構,其中閥頭尺寸大于閥芯能夠對流體進行二次密封,另外在蓋片上還具有與閥桿結構尺寸相對應的通孔。閥芯在電機的驅動下能夠與蓋片上的通孔配合。該閥的結構簡單,僅靠一個伺服電機就能夠實現(xiàn)閥的打開和關閉。利用ANSYS11.0對所設計的電機伺服式微閥進行了熱-結構分析,最終得出結論,此電機伺

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