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随着芯片实验室的发展,微流控技术凭借其便携性,精准性、集成化等优点而在生物医学检测和化学分析等领域应用的越来越广泛。基于此,本文提出了一种基于石墨烯加热的数字PCR系统。设计了一种液滴流道式PCR扩增的方法,PCR反应液以液滴的形式在微流道内完成PCR扩增反应,可以缩短数字PCR扩增的时间。同时,开发了一个高精度多路温控系统,并采用新型材料石墨烯作为加热材料,能够提高PCR系统控温过程的准确性和可靠性。设计了一种液滴数字PCR微流控芯片,芯片前端为生成液滴的T型流道,后端为PCR反应的扩增流道。由于流道的尺度为微米级,在流量一定的情况下,PCR反应液在扩增流道内的流速较大,因此该设计可以提高PCR扩增的速度。建立了液滴生成的数学模型,推导了液滴相对长度与流道几何参数和两相流流量比的关系式。然后仿真分析了毛细管数对液滴形成状态和两相流流量比对液滴相对长度的影响,验证了液滴生成数学模型和仿真的准确性。建立数字PCR芯片的三维模型,使用有限元软件COMSOL仿真分析了微流道内的温度分布。考虑流道内部流体的强制对流换热、微流控芯片与空气的自然对流换热以及石墨烯、玻璃片和微流控PDMS芯片间的热传导,建立系统的传热模型。改变微流道宽度,计算稳态和瞬态过程、高温变性和退火扩增过程微流道内部的温度分布,总结微流道宽度对数字PCR系统温度场的影响。开发了一个高精度多路温度测控系统。使用Arduino软件编程,通过MAX31865 AD转换器来采集PT100热敏电阻的阻值变化并转换成温度值,再与单片机进行SPI通信,编制温度控制程序,实现温度的测量和控制。然后将温度测控系统应用到微流控PMMA芯片进行测试,验证了系统的精确性。该温控系统用于实现PCR扩增过程中温度的精确测量和控制。搭建实验平台,进行了数字PCR系统实验研究,使用石墨烯对PCR系统进行加热。改变微流道的宽度,分别进行稳态和瞬态过程、高温变性和退火扩增过程的数字PCR实验,记录热敏电阻温度传感器的值,同时使用红外热像仪拍摄记录微流道内的温度分布。对比实验和仿真结果,验证实验和仿真的一致性,得出了提高PCR扩增温度精确性和升温快速性的方法。