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一体化核酸检测工作站核酸提取子系统研制

2020-12-02阅读(384)

一体化核酸检测工作站核酸提取子系统研制

论文摘要

随着近年来分子生物学技术的高速发展,核酸检测成为进行病原菌微生物检测、物种鉴定、物种起源、多样性评估及其亲缘关系等常用研究手段之一,在人类临床疾病诊断、法医鉴定、环境微生物检测、食品安全检测等领域中具有至关重要的作用。本文针对大规模传染性疾病快速检测的需求,在总结国内外先进检测设备的发展现状和存在问题的基础上,旨在研发出一款高性价比、准确、快速、多样本多位点核酸检测工作站。为实现这一目标,提出了核酸检测工作站的总体设计方案,根据模块化设计原则,将工作站分为核酸提取子系统、PCR扩增系统和荧光检测系统三大模块。本文主要完成核酸检测工作站中核酸提取子系统模块的设计,并针对系统中微量液体处理的关键技术进行深入研究,主要成果和结论如下:根据工作站总体设计方案,确定系统采用基于RS-485总线的多机通讯控制方案。构建了核酸提取子系统的软硬件平台:在硬件方面,对各模块进行主要元器件选型、设计电路原理图和PCB图,根据模块功能设计出主控板、直流电机驱动板、步进电机驱动板、温控板、枪针检测板和液位检测板,并完成电路板的静态和动态测试;在软件方面,完成人机交互界面、通讯协议制定、通讯端口设置调试模块、参数设置调试优化模块的上位机软件设计,按照模块化的设计思想,完成核酸提取主控模块、微量液体处理模块、温度控制模块、枪针检测模块和液位检测模块的下位机软件设计。针对微量液体处理的关键技术,采用了空气置换的移液方式,设计了基于密封圈式的移液装置,通过研究枪针入液深度和移液速度控制方案,解决了移液过程中“挂珠”现象,实现了移液过程中低粘附和高精度的要求。在系统技术参数验证方面,核酸提取子系统的原理样机搭建完成,并通过软硬件系统调试,确定了通过测量重力的方法来测定移液装置的准确度和精确度,分析了入液深度、移液速度、移液方案对于移液精度的影响并进行了参数优化,随后进行移液装置的标定,最终完成对优化后方案的移液准确度和移液精确度的实验验证。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 注释表
  • 缩略词
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题研究背景及意义
  •   1.2 课题国内外研究现状
  •     1.2.1 国外核酸检测工作站发展现状
  •     1.2.2 国内核酸检测工作站发展现状
  •     1.2.3 现阶段主要存在问题
  •   1.3 工作站关键技术介绍
  •     1.3.1 微量液体处理技术
  •     1.3.2 快速降温技术
  •     1.3.3 荧光检测技术
  •   1.4 课题主要研究内容
  •   1.5 本章小结
  • 第二章 系统总体方案设计
  •   2.1 系统总体功能设计
  •     2.1.1 系统的功能需求
  •     2.1.2 系统总体方案设计
  •     2.1.3 核酸提取子系统的工作流程
  •   2.2 多机通讯控制方案
  •     2.2.1 总线通讯方式选择
  •     2.2.2 多机通讯方案设计
  •   2.3 微量液体处理模块方案设计
  •     2.3.1 移液模块设计要求
  •     2.3.2 移液方式的选择
  •     2.3.3 移液模块结构方案设计
  •     2.3.4 移液模块运动控制方案设计
  •     2.3.5 移液技巧和移液模式方案设计
  •     2.3.6 机械臂模块方案设计
  •     2.3.7 抓取模块方案设计
  •   2.4 系统其它功能模块设计
  •     2.4.1 温控模块方案设计
  •     2.4.2 枪针检测模块方案设计
  •     2.4.3 液位检测模块方案设计
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 系统硬件平台设计
  •   3.1 核酸提取主控模块的设计
  •     3.1.1 总体方案设计
  •     3.1.2 控制系统微处理器选型
  •     3.1.3 通信模块设计
  •     3.1.4 信号输入输出模块设计
  •   3.2 移液模块硬件设计
  •     3.2.1 总体方案分析
  •     3.2.2 驱动方式的选择
  •     3.2.3 电机驱动器选择
  •     3.2.4 硬件电路设计
  •   3.3 机械臂模块硬件设计
  •     3.3.1 机械臂的设计要求
  •     3.3.2 机械臂的驱动方式
  •     3.3.3 机械臂的传动结构
  •   3.4 抓取模块硬件设计
  •     3.4.1 抓取装置结构设计
  •     3.4.2 驱动方式的选择
  •     3.4.3 硬件电路设计
  •   3.5 其它功能模块的设计
  •     3.5.1 温控模块设计
  •     3.5.2 枪针检测模块设计
  •     3.5.3 液位检测模块设计
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 核酸提取子系统软件设计
  •   4.1 系统软件总体设计
  •   4.2 多机通讯软件设计
  •   4.3 PC机软件设计
  •     4.3.1 人机交互界面设计
  •     4.3.2 通讯协议制定
  •     4.3.3 通讯端口设置调试模块
  •     4.3.4 参数设置调试优化模块
  •     4.3.5 参数设置流程
  •   4.4 核酸提取模块软件设计
  •     4.4.1 核酸提取主控模块
  •     4.4.2 微量液体处理模块
  •     4.4.3 温度控制模块
  •     4.4.4 枪针检测模块
  •     4.4.5 液位检测模块
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 系统的实验与优化
  •   5.1 移液装置测试方法
  •     5.1.1 移液体积测量方法
  •     5.1.2 检测平台选择
  •     5.1.3 检测平台校正
  •   5.2 移液装置移液精度优化实验
  •     5.2.1 入液深度优化实验
  •     5.2.2 移液速度优化实验
  •     5.2.3 移液方案优化实验
  •     5.2.4 本次实验小结
  •   5.3 移液装置标定曲线
  •   5.4 移液准确度和精度验证实验
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 课题总结
  •   6.2 工作展望
  • 参考文献
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 徐正伟

    导师: 杨明,王国著

    关键词: 核酸检测工作站,核酸提取,多机通讯,微量液体处理,移液方式,移液方案

    来源: 南京航空航天大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 生物学,计算机软件及计算机应用,自动化技术

    单位: 南京航空航天大学

    基金: 企业合作项目“一体化生物核酸检测工作站的研制”

    分类号: Q503;TP311.52;TP241

    DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000490

    总页数: 102

    文件大小: 3189K

    下载量: 119

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