滤棒压降的快速检测分选系统设计

为缩短滤棒压降检测分选时间,降低实验人员劳动强度,设计了一种自动化程度高的滤棒压降快速测量分选方法及实验装置.装置采用满足烟草行业新标准技术要求的双通道测量头实现并行检测,流程操控以可编程逻辑控制器(PLC)技术集中控制气路替代复杂的电控部件.集成嵌入式单片机(MCU)芯片和高速ADS8341数据采集芯片实现精密压降传感器信号采集,并计算分析滤棒压降值的分选属性.以双路分选臂实现双通道测量结果的快速分选.实验选用不同标称值的标准滤棒测试装置的精度与重复性,以不同阻值的滤棒进行实验测试,结果表明:装置测量速度超过了600支/h,较单测量头的速度提升了1倍,且不需人工参与.标准棒降压测试精度达到了10 Pa,不同滤棒分选的准确率达到了100%,满足实验检测要求.     

用于微流控PCR的TEC温控系统结构优化设计

为了实现微流控聚合酶链式反应(PCR)的快速升降温,设计了一种基于半导体制冷片(TEC)的温度控制系统.通过对控温对象微流控PCR芯片的热分析,确定了TEC的参数,并且研究了TEC效率与散热性能之间的关系.在此基础上,设计了一种热管鳍片式高性能散热器,对其传热机理、传热路线及热阻进行了深入分析,建立了有限元模型,并对该热管散热器进行了实验测试.实验结果表明:该温控系统的平均升降温速率达到7.48℃/s,为实现微流控PCR系统的快速精确升降温控制奠定了良好基础.     

微流控实时荧光聚合酶链式反应成像非均匀性的校正

综合参考标样法和定标校正法的思想,提出了一种用于校正微流控实时荧光聚合酶链式反应(PCR)系统荧光成像非均匀性的”多目标像素区域定标线性校正”算法,以提高其检测结果的准确性.以与PCR荧光标记物SYBR Green光谱特性相似的荧光素钠溶液为样本,检测了11种不同浓度的均匀荧光素钠溶液受激发射荧光信号的强度,分析了各个目标像素区域荧光强度和荧光素钠溶液浓度之间的线性响应关系,采用两点定标校正方法计算了CCD各个目标像素区域的校正系数矩阵.实验表明,3种浓度荧光素钠溶液的成像均匀度分别从校正前的71.28％、72.01％、70.73％提高到校正后的77.49％、80.07％、90.64％;微流控四腔芯片中相同浓度的DNA样品在PCR扩增阶段的Ct值相对标准偏差由校正前的4.38％、1.94％、3.31％减小到校正后的2.44％、0.79％、1.31％,显著提高了微流控实时荧光PCR检测结果的准确性.     

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。     

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。     

基于微流控荧光定量PCR的MRSA快速检测技术研究

针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)检测的问题,发展一种基于微流控荧光定量PCR的致病菌快速检测新技术。采用光刻法制作了微流控PCR芯片,研制了集成高性能温度控制模块和高灵敏度荧光检测模块的微流控荧光定量PCR分析系统。通过检测特异性基因femA和mecA对MRSA进行快速鉴别。实验结果表明,使用微流控PCR芯片可以成功实现MRSA特异性基因的快速检测,相对传统的管式PCR,芯片使用6μL试剂在56 min完成了MRSA特异基因的检测,不仅节约了反应试剂,而且极大提高了检测速度。该技术可扩展到其他致病菌的检测,具有良好的应用前景。