隨著實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,高通量核酸檢測(cè)設(shè)備成為當(dāng)今分子診斷領(lǐng)域的有力工具,為疾病篩查及個(gè)體化精準(zhǔn)醫(yī)療服務(wù)提供了新的技術(shù)平臺(tái)。然而,由于不同商用平臺(tái)系統(tǒng)的軟件接口設(shè)計(jì)存在較大差異,且不同類型硬件設(shè)備之間兼容性不足,導(dǎo)致現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化平臺(tái)在針對(duì)新的實(shí)驗(yàn)需求和將不同設(shè)備和耗材集成起來(lái)協(xié)同工作時(shí)往往十分困難。為此,本論文針對(duì)前期搭建的高通量核酸樣本處理自動(dòng)化硬件系統(tǒng),提出了一種基于SiLA(實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn))的開放式軟件架構(gòu),旨在通過(guò)統(tǒng)一軟硬件接口和通信協(xié)議,簡(jiǎn)化核酸樣本處理自動(dòng)化系統(tǒng)硬件的集成復(fù)雜度,提高集成系統(tǒng)的執(zhí)行效率和工作性能。首先,采用SiLA標(biāo)準(zhǔn),對(duì)系統(tǒng)控制對(duì)象進(jìn)行模型化設(shè)計(jì);然后,針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)硬件(設(shè)備和耗材)模型的建立,進(jìn)一步為自己研發(fā)的硬件系統(tǒng)開發(fā)了一個(gè)3D可視化建模組件,可以讓用戶通過(guò)軟件進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)的硬件配置,并對(duì)自動(dòng)化工作流進(jìn)行設(shè)置和實(shí)時(shí)跟蹤。為了對(duì)集成后的自動(dòng)化工作流進(jìn)行優(yōu)化控制,提高平臺(tái)的執(zhí)行效率,基于論文中所設(shè)計(jì)的開放軟件架構(gòu),提出了一種結(jié)合圖論分析與遺傳算法(Genetic Algorithms,GA)的工作流智能規(guī)劃算法。最后,為了驗(yàn)證這種工作流優(yōu)化算法的性能,在自己研制的高通量樣本處理系統(tǒng)上開展了兩組自動(dòng)化核酸提取實(shí)驗(yàn),對(duì)系統(tǒng)工作流優(yōu)化前后的工作性能和執(zhí)行效率進(jìn)行了分析和比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,論文提出的智能優(yōu)化算法能夠有效優(yōu)化多設(shè)備集成式系統(tǒng)的自動(dòng)化工作流,加速系統(tǒng)平臺(tái)并行化處理效率。這進(jìn)一步說(shuō)明開發(fā)的平臺(tái)控制軟件及其開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)不僅有助于高通量核酸樣本處理平臺(tái)硬件的標(biāo)準(zhǔn)化集成,還有助于對(duì)自動(dòng)化工作流實(shí)施更好的優(yōu)化控制,使研發(fā)的核酸處理平臺(tái)具有更好的開放性,可以滿足核酸樣本的不同檢測(cè)、分析需求。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.52;R440
【部分圖文】：

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文核酸檢測(cè)關(guān)鍵方法簡(jiǎn)介核酸提取原理核酸提取和純化方法包括煮沸裂解法[32]、蛋白酶K消化法[33]、碘化鈉法[35,36]等，磁珠法核酸提取是基于生物磁珠和核酸適配體識(shí)別技術(shù)共物磁珠是指具有細(xì)小粒徑的超順磁微球，具有合適且差別較小的粒徑磁響應(yīng)性并有利于在溶液中均勻分布。磁珠法核酸提取技術(shù)將純化介生物磁珠表面，超順磁性氧化鐵表面帶有正電，易于吸附帶負(fù)電的核料，同時(shí)通過(guò)修飾功能基團(tuán)或高分子材料實(shí)現(xiàn)不同功能[40-42]。當(dāng)外界磁珠能夠迅速聚集并使核酸依附于磁珠定向移動(dòng)，從而達(dá)到分離純化

圖 1-2 Tecan Freedom EVO 系列檢測(cè)工作站1.3.2 國(guó)內(nèi)自動(dòng)化檢測(cè)工作站發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)自動(dòng)化檢測(cè)工作站產(chǎn)品集中于實(shí)驗(yàn)室通用的小型、功能單一的儀器，而對(duì)于相關(guān)高集成度工作站的研發(fā)尚處于起步階段，主要是針對(duì)移液的自動(dòng)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)，功能的豐富性并沒(méi)有達(dá)到國(guó)外知名廠商產(chǎn)品的水平。另外值得注意的是，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化檢測(cè)工作站產(chǎn)品，往往采用集成國(guó)外具有一定智能性的設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)，缺乏完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在成本和核心技術(shù)方面都受制于人。表 1-2 國(guó)內(nèi)產(chǎn)商自動(dòng)化檢測(cè)工作站產(chǎn)品國(guó)內(nèi)生廠商 地區(qū) 自動(dòng)化檢測(cè)工作站產(chǎn)品同信天博 北京 自動(dòng)液體樣品處理平臺(tái) alsp-01奧美泰克 北京 AMTK HL1209 高通量全自動(dòng)化液體處理工作站，AMTK 全自動(dòng) NGS 樣品前處理工作站，LH1209 自動(dòng)液體處理平臺(tái)

第 2 章 自動(dòng)化核酸檢測(cè)工作站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)多工位平臺(tái)：工作站平臺(tái)設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn) 4×4 共計(jì) 16 個(gè)工位，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要行靈活配置。通過(guò)為耗材、設(shè)備模塊提供適配器，可放置包括槍尖棧、儲(chǔ)液96 孔板、磁分離與振蕩混勻模塊以及廢物回收容器等�，F(xiàn)核酸檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上，為應(yīng)對(duì)未來(lái)實(shí)驗(yàn)需求的變化，圍繞著工作站平，工作站系統(tǒng)需要兼容更多實(shí)驗(yàn)類型、協(xié)議與條件，對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提出。作站硬件方案以上對(duì)自動(dòng)化核酸檢測(cè)工作站的功能需求，本課題組自主研發(fā)了一系列的，并集成為工作站系統(tǒng)，工作站平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，大致可以部分：移液器、機(jī)械抓手、振蕩混勻模塊、磁分離模塊以及多工位平臺(tái)，抓手都掛載于獨(dú)立的三軸機(jī)械臂上，便于對(duì)各個(gè)工位上的實(shí)驗(yàn)耗材進(jìn)行操

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本文編號(hào)：2822001