【摘要】：鏈?zhǔn)骄酆厦阜磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction,PCR)是為研究目標(biāo)DNA分子而在體外對特定DNA分子進(jìn)行擴(kuò)增的一種技術(shù)。微滴式數(shù)字PCR儀是對包含目標(biāo)DNA分子的微液滴進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)并對目標(biāo)DNA分子進(jìn)行絕對定量的儀器,在現(xiàn)代社會得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。本論文基于我國現(xiàn)階段微滴式數(shù)字PCR儀研發(fā)生產(chǎn)不足的現(xiàn)狀,針對微滴式數(shù)字PCR儀中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要涉及PCR擴(kuò)增過程中的溫度控制和微液滴熒光信號的檢測與峰值識別兩部分內(nèi)容。本文主要研究內(nèi)容為:(1)本文對PCR擴(kuò)增過程中的溫度要求進(jìn)行了分析,并完成了數(shù)字PCR儀溫度控制系統(tǒng)相關(guān)硬件方面的設(shè)計(jì),包含了重要的三部分:CPU電路、加熱/制冷電路、測溫電路。在CPU電路中,對最小系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),在加熱/制冷電路中,本文通過選擇制冷片及設(shè)計(jì)制冷片的連接方式來達(dá)到數(shù)字PCR儀對升降溫速度方面的要求,在溫度檢測電路中,通過對比元件的各項(xiàng)指標(biāo),選擇PT100作為溫度傳感器,并對測溫電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在溫度控制算法中本文選擇模糊PID控制算法,通過Matlab仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明模糊PID控制算法在系統(tǒng)控制效果上優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制。(2)對微液滴熒光信號檢測系統(tǒng)的組成部分進(jìn)行了分析。完成了微液滴熒光信號光電探測電路的設(shè)計(jì),包含光電轉(zhuǎn)換級放大電路,前級放大電路和中間級放大電路。(3)對微液滴熒光信號的處理流程進(jìn)行了研究,包含三個部分:基線調(diào)整,濾波,峰值識別。在基線調(diào)整部分,本文選擇分段法對實(shí)際采集到的熒光信號進(jìn)行處理,得到了較好的效果。由于在熒光信號檢測平臺采集得到的熒光信號存在噪聲干擾的現(xiàn)象,本文對熒光信號分別進(jìn)行FIR濾波、IIR濾波和S-G濾波,實(shí)驗(yàn)表明S-G濾波的保真性和去噪能力均優(yōu)于其他兩種方法。微液滴數(shù)字PCR儀中的熒光信號峰值識別的真?zhèn)螘䦟?dǎo)致被檢測微液滴存在假陽性和假陰性問題,從而使得微滴式數(shù)字PCR的檢測結(jié)果出現(xiàn)較大誤差,因此本文提出了一種新的基于高斯平滑策略的峰值識別方法,通過仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明新方法能夠準(zhǔn)確識別鋒位,對重疊峰也能準(zhǔn)確識別,另外,在不濾波的情況下依然能取得理想的效果。本文通過對數(shù)字PCR儀溫度控制模塊和熒光檢測模塊的研究,進(jìn)行了相關(guān)電路的設(shè)計(jì)、對比選擇出了較適合于系統(tǒng)的濾波方法以及提出了新的峰值識別方法,這些設(shè)計(jì)和方法將有望應(yīng)用到數(shù)字PCR儀中去。
【圖文】：

CR 實(shí)驗(yàn)的失敗。識別、計(jì)數(shù)，在 PCR 擴(kuò)增的延伸階段，目標(biāo)序列通合發(fā)出熒光，PCR 檢測儀將對熒光信號進(jìn)行采集，，NA 分子相關(guān)的信息，熒光信號通過光電探測電路輸 轉(zhuǎn)換器將電壓信號傳輸?shù)?PCR 檢測儀的芯片中再進(jìn)要對數(shù)字化的熒光信號進(jìn)行峰值檢測，通過峰值檢液滴的個數(shù)。若峰值檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致液滴和假陰性液滴的情況，從而影響目標(biāo) DNA 分子的定指檢測過程中把熒光信號的亮度高的信號錯誤判為指檢測過程中熒光信號的亮度低且有類波形的信號分析定量，經(jīng)過峰值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，然后結(jié)合泊松 DNA 分子進(jìn)行絕對定量。

圖 1-3 PCR 反應(yīng)過程圖Fig.1-3 The reaction process diagram of PCR光定量原理R 擴(kuò)增反應(yīng)能被熒光檢測平臺檢測，是因?yàn)樵跓晒馕镔|(zhì)的 DNA 檢測探針，且常用探針為 T利用 TaqMan 熒光探針進(jìn)行發(fā)光的示意圖。在 P時還需要加入 TaqMan 熒光探針，熒光探針特異性結(jié)合。熒光探針上的兩端由報(bào)告基團(tuán)（，當(dāng)熒光探針完整時，淬滅基團(tuán) Q 對報(bào)告基用。在 PCR 反應(yīng)的延伸階段，脫氧核糖核苷 分子進(jìn)行堿基配對，當(dāng)延伸到探針位置時，在基團(tuán) R 與淬滅基團(tuán) Q 分離，從而報(bào)告基團(tuán) R
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2648863