用于基因检测的微流控PCR荧光信号提取方法研究

针对微流控聚合酶链式反应(PCR)芯片荧光图像中反应腔识别与荧光信号提取的难题,提出了一种基于算法集成的微流控PCR芯片荧光信号提取方法。首先提取CCD图像中包含多个反应腔的目标区域,采用最小误差阈值分割法分离背景和反应腔,使用网格划分法提取单个反应腔区域,通过小波变换和改进的Canny算子相结合的方法实现反应腔边缘识别。然后对每个反应腔的识别区域进行像素灰度值求和,计算均值来表征本次循环荧光信号的强度。以人工质粒PUC-18基因为检测对象,开展了反应条件相同的四腔微流控实时荧光PCR实验。结果表明,本文方法可快速有效识别PCR反应腔并实时提取每个反应腔的荧光信号,绘制的扩增曲线一致性好,避免了亮、暗斑的影响,提高了基因扩增分析的准确性。     

高通量微流控荧光定量PCR激发光非均匀性研究

研究高通量微流控荧光定量PCR激发光非均匀性问题对提高DNA浓度定量结果的精度具有重要意义。根据荧光定量PCR的原理,分析了激发光非均匀性对Ct值测量精度的影响,给出了激发光非均匀性引起Ct值测量偏差的表达式,确定了激发光强度标准偏差应小于11.56%的要求。根据微流控芯片结构特点及激发光均匀性要求,设计了基于光棒的匀光光路用于解决激发光照度非均匀性问题。模拟及实验所得到的激发光照度的相对标准偏差分别为3.10%、6.01%,二者均小于11.56%。所设计匀光光路能够满足高通量微流控荧光定量PCR的要求。     

基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测

设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。     

用于高集成度数字PCR平台的微流控芯片

数字聚合酶链式反应(PCR)是一种强大且应用广泛的核酸检测技术.现有数字PCR平台大多存在体积庞大、集成度低、耗材价格高、样品消耗大和人工干预多等缺点.设计并制备了一款基于样本自分离的低成本数字PCR微流控芯片,该芯片的独立PCR微反应腔室数量达到37 440个.通过对芯片进行进样效率、亲水性改良以及透光性研究,验证了...     

基于倏逝波的生物芯片检测方法研究

报道了基于倏逝波原理的生物芯片检测平台。利用光波全反射时产生的倏逝波场，用倏逝波激发荧光物质，搭建了简单的检测平台，实现了对荧光标记的核酸（DNA）芯片进行检测。芯片被激发产生的荧光信号通过光学系统成像在CCD器件上并被转换成数字图像，通过对图像分析得出生物芯片上生物分子反应的定量结果。结果表明，该检测系统具有较高的灵敏度；与商品化生物芯片扫描仪的检测结果相比，具有良好的一致性。     

一种微流控芯片进样主通道密封装置

为了满足高密度阵列薄膜微流控芯片在使用过程中,当反应液离心进入微反应腔室后需要进行独立密封的要求,研制了一种机械密封装置。微流控芯片由铝箔盖片、聚丙烯(PP)基片和PP支架组成。通过采用密封装置对微流控芯片进样主通道进行密封来实现微反应腔室的隔绝密封。通过实验发现,机械密封装置刀头的结构与尺寸会对密封结果产生较大影响。通过增加刀头厚度和使用圆刀头,不仅能大大降低对铝箔盖片的破坏,而且可以避免产生空腔现象。实验结果表明,改进刀头后,铝箔通道底端粗糙度平均值降低了38.7%,通道最低处的铝箔厚度破坏量减少了85%。     

基于微流控技术的数字PCR的发展及其应用

作为一种新兴的扩增检测技术,基于微流控的数字聚合酶链式反应(PCR)有着高通量、高灵敏度及高耐受性等优势,因而得到了研究者的广泛关注,其相关技术也在不断的发展中。综述了基于微流控的数字PCR的研究进展,重点讨论了基于微流控的数字PCR的液滴打印技术、多层微流控芯片技术、微珠技术、聚二甲基硅氧烷(PDMS)技术等的不同实现方式。介绍了基于微流控的数字PCR在定量检测、精准分子诊断、肿瘤个性化诊断以及食品安全检测中的应用。最后,对基于微流控的数字PCR技术目前存在的不足和问题进行了阐述,并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

基于16孔5通道的PCR仪光路系统研制

<正>Q-PCR（实时荧光定量PCR技术）实现了在体外进行DNA片段的扩增与定量的结合。本文提出一种基于光纤的荧光光路检测系统，可以实现16孔5通道的荧光数据采集，简单介绍了CCD结构的光路检测方式与PD结构的光路检测方式，后采用价格更便宜的PD结构，设计荧光激发驱动光源电路、PD电路、光路板，基于STM32H743VIT6处理芯片可控制光源的亮灭，控制电机旋转一周采集PD光路信号。光路系统对16孔样品进行光路实验，数据结果表明：PCR仪光路系统可以检测16孔，5通道的荧光数据，空孔荧光波动小于5%,CT不大于1,CV不大于1.5%，能满足PCR光学需求，达到较好的应用效果。     

基于微流控芯片的POCT化血凝检测装置

血液凝固检测对心脑血管和血栓类疾病的诊断和治疗具有重要意义。为了解决当前血液凝固检测仪器依赖进口、检测成本高、患者负担重等问题,设计并研制了一种基于微流控芯片的血液凝固检测装置。该装置利用血液凝固过程的理化性质变化,结合微流控技术、嵌入式技术和图像处理技术实现了POCT化的血凝检测。整个装置由负压驱动模块、图像采集模块、LCD屏幕模块和微流控芯片组成。两组血凝检测实验证实了该装置的可行性与实用价值。     

激光制备PMMA基PCR微流控芯片的热压键合研究

MEMS技术的发展,使得PCR微流控芯片的制备成为了现实。本文采用波长248nm的准分子激光作为一种新型的微加工方法,在19KV电压和18mm/min的激光优化加工参数下,在40mm×63mm的PMMA基片上制备出了20个循环的PCR微流控芯片。芯片上微通道的宽为104μm,深为56μm,长为1040mm,芯片加工耗时57分钟。随后采用自己搭建的热压装置,定量讨论了热压键合的温度、压力和时间对芯片键合质量的影响,得出了PMMA基微流控芯片热压键合的最佳参数:95℃,160N,20min。并在该条件下成功地将PMMA基的20个循环的PCR微流控芯片和相同尺寸的盖片键合在一起,键合后的芯片具有良好的密封性,能够承受的最大压强为0.85Mpa,能满足进行PCR反应的要求。     

微流控拉曼检测芯片的制备与应用

微流控芯片系统具有高效率、低损耗、高安全系数、高灵敏度等优势,表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有灵敏度高以及指纹效应强等优点。从两方面对微流控拉曼检测芯片进行综述:微流控芯片通道和SERS基底的制备以及微流控拉曼检测芯片的集成与应用。最后讨论了SERS微流控芯片在便携化应用方面的挑战和机遇,并对整个领域的未来发展方向与前景进行了展望。     

PCR微流体芯片温度控制系统的设计

设计并开发出用于DNA聚合酶链式反应(PCR)的微流体芯片温度控制系统。采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃,设计制作了温度可控全透明PDMS微流体芯片。系统由硬件电路搭建和控制软件编程共同实现。温度信号由AD590采集,经过CD4051BE选通,传送给ATmega16L,单片机通过比较温度采集值与设置值,得到控制指令,并控制驱动电路。实验结果表明,该系统完全满足设计要求,温度控制精度高,系统体积小,便于PCR扩增实验。     

梯度结构荧光薄膜片对白光数码管光色性能的影响

利用模具法将荧光粉胶层制成薄膜片,并将薄膜 片黏合于倒置芯片上表面,同时在芯片和薄膜片周 围旋涂掺杂TiO₂颗粒的混合胶层,制备成白光数码管,并对样品进行光色性能的测试和机 理分析。分析结 果表明,凹槽型结构荧光薄膜片制备的白光数码管平均光通量和色温分别 为159.2 lm和4887 K,出光均匀度 为99.2%,相较于平面型结构光通量低了0.93%,色温低了6. 06%,出光均匀度提高了0.5%,出光一致性更 理想。同时通过光强比对,凹槽型结构荧光薄膜片制备的白光数码管可视角度约为113.1° ,法向光强为 3358 mcd。结果表征,荧光粉薄膜片的应用, 能制备出可视角度小、出光一致性高的白光数码管。     

PDMS微流控光纤芯片的研制

用集成在芯片上的光纤作为激发光源,可使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近,提高了检测灵敏度,省去了光学聚焦系统.利用二次曝光的方法制作了PDMS光纤芯片,实现了光纤与沟道的对准.对PDMS光纤芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨.用所制作的芯片对FITC（异硫氰酸荧光素）和以FITC标记的氨基酸进行了检测,结果证明了该芯片的可行性.     

Miniaturized continuous-flow polymerase chain reaction microfluidic chip system

A miniaturized continuous-flow polymerase chain reaction (PCR) microfluidic chip system was developed to perform DNA amplification. This system consists of a 20-cycle continuous-flow PCR microfluidic chip, an electrical heating system and a miniature air pressure-vacuum pump. The chip was ablated with excimer laser direct-writing micromachining technique on a polymethyl methacrylate (PMMA) sheet. The ablated microchannel was inverse trapezoidal with a depth of 70 μm, top width of 200 μm and bottom width of 120 μm. Its surface roughness Ra was 1.42 μm after being treated with excimer laser polishing. The substrate sheet ablated with the microchannel was bonded with other cover sheets using hot-press bonding method to form a closed structure. The electrical heating system consisted of three groups of heating membranes, Pt100 sensors, copper blocks and PID temperature digital controllers. It could provide three distinct maintained temperature zones and a uniform temperature distribution in each zone. PCR amplification of a 170 base pair (bp) DNA fragment was carried out to validate the system's feasibility. The PCR temperatures were set as 94℃ for denaturation, 55℃ for primer annealing and 72℃ for extension. The flow rate in the microchannel was 40 nL/s and the total time for the completion of a 20-cycle amplification of 20 μL reagent was 15 min.     

医用微流控芯片研究进展

随着微电子学和微机电系统技术不断发展,微流控芯片技术不断创新,一些具有颠覆意义的新型医用芯片不断出现,并成为现代医学技术的支撑工具。首先,概述了医用微流控芯片的概念和应用。然后,介绍了6种具有代表性的新型医用微流控芯片的研究进展,包括基因芯片、即时诊断芯片、免疫芯片、可穿戴式芯片、数字化聚合酶链式反应芯片、循环肿瘤细胞芯片、组织与器官仿生芯片。最后,总结了医用微流控芯片的发展趋势。     

微通道式PCR芯片温度的研究

微通道式PCR芯片是对DNA扩增的新方法，通过样品试剂在三个温区间的流动，实现对试剂中特定DNA片段的几何级数扩增。研究了一种新型微通道式PCR芯片，利用有限元技术，对芯片上热区的温度梯度和均匀性进行了计算，对影响PCR反应的三种温度因素作出了定量分析。另外，针对传感器和加热器的外形、放置以及加热区的不均匀化，采取了系列优化措施，计算了薄膜电阻功率和电阻参数，改善了芯片的热特性，提高了其倍增的效率。     

A Microfluidic Chip with Integrated Colloidal Crystal for Online Optical Analysis

A microfluidic chip that incorporates colloidal crystals inside a microchannel system for on‐chip integration of optical components is presented. It is demonstrated that the use of fluorescent spheres offers added advantages and functionality to the colloidal crystal array. Multifunctional optical components are demonstrated that are able to serve as a reference wavelength calibration line in measured reflectance spectra. Integrating colloidal crystals with varying filtering effects into a microfluidic chip enables selective transmission or blocking of a particular range of wavelengths locally. In addition, combinations of double‐band colloidal crystal filters provide further tunability of the working wavelength for on‐chip detection applications.