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化和體積微型化的特點正受到越來越多的關注和歡迎，應用領域己經(jīng)包括醫(yī)療診斷、醫(yī)藥學、食品安全、農(nóng)業(yè)和軍事用途。PCR（聚合酶鏈式反應）－CE（毛細管電泳）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、擴增DNA、毛細管電泳分離DNA，最終檢測感興趣的目標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，儀器通過電滲流驅動將 樣本加載到微流控芯片通道

2、內，然后繼續(xù)驅動其進入PCR反應區(qū)，流過三條恒 溫帶井被循環(huán)加熱，生成DNA擴增產(chǎn)物，再經(jīng)由毛細管電泳對各種DNA片斷 進行分離，最后檢測目標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，這些缺點使其推廣使用受到較大的限制。一個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)新點是設計開發(fā)出具有DNA聚合酶鏈式反應（

3、PCR）和毛細管電泳（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實現(xiàn)PCR擴增所需的三條恒溫（PCR 變性、退火及延伸溫區(qū)）溫度控制、電滲流驅動控制以及毛細管電泳分離樣本所需的高壓電場控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)硬件電路部分主要包括人機接口電路（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管電泳分離電路。本系統(tǒng)軟件包括上位機軟件和下位機軟件，上位機軟件采用

4、Visual++作為開發(fā)設計環(huán)境，采用面向對象設計方法，分析軟件運行后能夠脫離Matlab等軟件環(huán)境，是不依賴于其它軟件的可以打包發(fā)布的獨立軟件，便于以后的軟件升級。根據(jù)功能需要，上位機軟件開發(fā)了標簽化對話框，標簽化對話框可以在單個對話框中顯示三頁相關的控件（標準品擴增圖，標準曲線圖，PCR反應過程圖）。標準品擴增圖、標準曲線圖通過最小二乘曲線擬合使用戶得到理想的Ct值和標準曲線。上位機軟件包括參數(shù)設置、實驗數(shù)據(jù)分析、模糊免疫PID溫度

5、控制、串口通信等任務，并對PCR全過程進行實時的動態(tài)檢測。在下位機中，為了提高控制的實時性，嵌入式實時操作系統(tǒng)被成功移植到LPCZ138內部flash中，負責調度和運行人機接口控制、串口通信控制、溫度控制、電滲流驅動控制和毛細管電泳分離控制等任務程序。 試驗結果表明本控制系統(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，彌補了傳統(tǒng)的PCR—CE芯片分析儀器控