PCR-CE芯片便攜式分析儀控制系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、微流控芯片憑借其操作自動(dòng)化和體積微型化的特點(diǎn)正受到越來(lái)越多的關(guān)注和歡迎，應(yīng)用領(lǐng)域己經(jīng)包括醫(yī)療診斷、醫(yī)藥學(xué)、食品安全、農(nóng)業(yè)和軍事用途。PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）－CE（毛細(xì)管電泳）芯片是微流控芯片的一種，其功能一般是分析DNA溶液樣本，包括：提取、擴(kuò)增DNA、毛細(xì)管電泳分離DNA，最終檢測(cè)感興趣的目標(biāo)DNA。PCRCE微流控芯片分析儀工作流程如下：首先，使用者將待分析的DNA樣本溶液注入樣品池，儀器通過(guò)電滲流驅(qū)動(dòng)將 樣本加載到微流控芯片通道

2、內(nèi)，然后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)其進(jìn)入PCR反應(yīng)區(qū)，流過(guò)三條恒 溫帶井被循環(huán)加熱，生成DNA擴(kuò)增產(chǎn)物，再經(jīng)由毛細(xì)管電泳對(duì)各種DNA片斷 進(jìn)行分離，最后檢測(cè)目標(biāo)DNA含量和類型。傳統(tǒng)的PCR—CE芯片分析儀器體積大，成本高，不便于攜帶和在室外使用，這些缺點(diǎn)使其推廣使用受到較大的限制。一個(gè)有效地解決辦法就是在保證功能的前提下，把儀器控制系統(tǒng)微小型化，降低體積和成本，這就是本文的研究目的。 本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)是設(shè)計(jì)開發(fā)出具有DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（

3、PCR）和毛細(xì)管電泳（CE）分離功能的PCR－CE芯片分析儀控制系統(tǒng)。研究方法主要是采用32位嵌入式ARM微控制器LPC2138實(shí)現(xiàn)PCR擴(kuò)增所需的三條恒溫（PCR 變性、退火及延伸溫區(qū)）溫度控制、電滲流驅(qū)動(dòng)控制以及毛細(xì)管電泳分離樣本所需的高壓電場(chǎng)控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)硬件電路部分主要包括人機(jī)接口電路（包括矩陣式鍵盤電路、液晶屏顯示電路）、串口通信電路、溫度控制電路和毛細(xì)管電泳分離電路。本系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件采用

4、Visual++作為開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，分析軟件運(yùn)行后能夠脫離Matlab等軟件環(huán)境，是不依賴于其它軟件的可以打包發(fā)布的獨(dú)立軟件，便于以后的軟件升級(jí)。根據(jù)功能需要，上位機(jī)軟件開發(fā)了標(biāo)簽化對(duì)話框，標(biāo)簽化對(duì)話框可以在單個(gè)對(duì)話框中顯示三頁(yè)相關(guān)的控件（標(biāo)準(zhǔn)品擴(kuò)增圖，標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，PCR反應(yīng)過(guò)程圖）。標(biāo)準(zhǔn)品擴(kuò)增圖、標(biāo)準(zhǔn)曲線圖通過(guò)最小二乘曲線擬合使用戶得到理想的Ct值和標(biāo)準(zhǔn)曲線。上位機(jī)軟件包括參數(shù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、模糊免疫PID溫度

5、控制、串口通信等任務(wù)，并對(duì)PCR全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。在下位機(jī)中，為了提高控制的實(shí)時(shí)性，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)被成功移植到LPCZ138內(nèi)部flash中，負(fù)責(zé)調(diào)度和運(yùn)行人機(jī)接口控制、串口通信控制、溫度控制、電滲流驅(qū)動(dòng)控制和毛細(xì)管電泳分離控制等任務(wù)程序。 試驗(yàn)結(jié)果表明本控制系統(tǒng)不但滿足PCR—CE芯片分析儀的功能要求，而且PCR溫度控制更加精確，分析軟件功能全面，系統(tǒng)體積更小，便于在室外使用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的PCR—CE芯片分析儀器控