碳納米孔DNA測序中堿基電信號識別算法的仿真研究.pdf

1、DNA測序技術(shù)對于人類研究生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)有著非常重要的作用，自20世紀七十年代第一代測序技術(shù)誕生以來，DNA測序技術(shù)進展迅猛。碳納米孔測序技術(shù)作為一種第三代測序技術(shù)，以其測序速度快，測序通量高，較低成本等特點獲得了研究者們的重視。碳納米孔技術(shù)是最有希望實現(xiàn)個人全基因組測序成本降到1000美元以下的技術(shù)。不同種類的堿基在電泳作用下通過碳納米孔時產(chǎn)生的電流表現(xiàn)出差異，這構(gòu)成了碳納米孔測序技術(shù)的理論基礎(chǔ)。本課題組以膜片鉗放大器作為檢測堿基電流

2、的信號檢測裝置，采用USB2.0接口技術(shù)和FPGA技術(shù)設(shè)計了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文在此基礎(chǔ)上，完善了測序系統(tǒng)的最后一環(huán)—-堿基電信號識別算法，實現(xiàn)了系統(tǒng)從采集堿基信號到數(shù)據(jù)傳輸最后識別出堿基種類一套完整的流程。
　　本文從膜片鉗放大器的特性出發(fā)，分析了其作為測序系統(tǒng)微弱電流放大器的可行性。探究了堿基穿孔產(chǎn)生電信號的基本原理，建立了信號產(chǎn)生的電路模型，分析了信號的特性，在此基礎(chǔ)上采用方波加白噪聲模擬堿基信號。采用閾值法測定信號的兩個特征

3、值—寬度和幅值，并和信號經(jīng)傳統(tǒng)濾波器濾波后和小波去噪后再運用閾值法測定的結(jié)果做對比。運用小波變換確定信號邊界，測出信號的特征值。運用聚類分析的方法對信號根據(jù)特征值進行分類，進而將每一個信號識別歸類。研究發(fā)現(xiàn)，在信號不進行去噪的情況下，閾值法錯誤率較大。傳統(tǒng)濾波器對信號去噪后，閾值法不能精確測定信號的寬度。信噪比為15dB下基于小波去噪的閾值法對于精確測定信號的準確度和寬度及幅度效果較好。信噪比為10dB基于小波去噪后的閾值法測量精度大幅