在全球化进程不断加强的背景下各种已知或未知疾病的大规模爆发事件不断发生。一旦发生大规模的高致病性传染病事件,如2002年爆发的严重急性呼吸系统综合症(SARS),大量疑似感染者需要在最短的时间内进行确诊,以便对疫情进行准确地评估与制定有效的防控措施。最为有效的办法是利用更加快速、准确、自动化程度高的高通量核酸检测技术,通过检测病人样本中病原体的核酸序列完成快速确诊,实现更短的检测窗口期。自动化核酸分析系统作为核酸检测技术的实施平台,其实现涉及到多项技术难题。其中,微量液体处理技术作为相关自动化设备的核心技术之一,其准确性与重复性将直接影响到实验结果的可靠性。虽然目前已报道了多种可用于微量液体操作的技术方案,但大都难以实际应用。尤其是在液体特性差异较大,移液量程范围较宽,及交叉污染极易发生的核酸检测实验中,基于空气置换式的移液方式仍然是实现此类自动化设备的首选技术方案。本论文首先研究了基于空气置换式移液技术的原理,分析了微量移液过程中的多种影响因素,并提出了基于液体特性的动态校准模型；同时,对自动化液体处理技术中的液面检测技术和移液过程实时监控技术进行了研究,并设计了以多通道空气置换式移液模块为核心的自动化液体处理平台；在上述的研究基础之上,构建了高通量的核酸分析系统,实现了临床样本的自动化处理及分析。具体内容包括：1.空气置换式微量移液技术的研究研究了空气置换式移液技术的基本原理,并根据ISO-8655及JJG 646-2006标准建立了移液性能的测试平台及相应的数据分析方法；对影响移液性能的多种因素(环境因素、设备因素、操作因素及液体特性)进行了分析,并根据这些因素的来源及影响程度提出了相应的优化措施；为进一步提高移液性能,建立了基于液体特性(液体密度及粘稠度)的动态校准模型,经校准后的20μL移液器对于无水乙醇的移液误差平均降低了3.3%,对于血液的移液误差平均降低了0.93%。2.自动化液体处理技术的研究首先对自动化移液操作中的两项关键辅助技术进行了研究,分别为：构建了基于电容传感器的液面检测装置,测量了吸液头在不同状态、不同液体类型的情况下的电容值变化,测得空气中的电容值约为4.6 pF,液体为大于6.1 pF,据此可判断出吸液头在接触液面时的高度；研究了基于气压传感器的移液过程实时监控技术,建立了基于纯水操作的标准气压变化模型及其分析方法,据此设计了移液过程实时监控程序,实现了对多种异常(如空吸、气泡、堵塞等)操作的判别及记录。其次,设计了基于空气置换式的8通道微量移液模块,并与机械抓手模块、机械臂定位系统一道构成了自动化的液体处理平台。其中,8通道微量移液模块的量程范围为1～300μL,实验测得在20μL、100μL及200μL处的移液误差分别为0.61%,0.75%和0.51%,重复性为0.62%,0.53%及0.56%(CV值)；机械臂定位系统的重复定位精度分别为30.71μm,27.10μm及23.60μm。以上性能均符合设计要求,可满足自动化液体处理的需求。3.自动化核酸分析系统的研发按照高通量核酸分析实验的需求,将目标系统分为样本处理、核酸扩增及信号检测共三大部分。目标系统以自动化液体处理平台为主体,通过集成相应的功能模块实现自动化的核酸检测流程。其中,多功能核酸提取模块可在2小时内完成对96个样本的核酸提取操作,且不需要额外的转板操作；高通量磁分离模块提供了1个自动化的磁分离工位、1个快速加热工位及2个标准SBS耗材工位,可对多种96孔样式耗材进行磁分离操作：恒温震荡模块实现了温度及转速可调的孵育装置,其温度均一性为士1℃,并设有5挡调速功能。整体系统以自动化液体处理平台为基础,采用统一的电器控制方案,并提供可编程界面对实验流程进行在线设计,实现了从样本输入到结果输出的自动化实验流程。4.自动化核酸分析系统的性能测试与临床应用对于自动化系统的移液性能测试,首先采用Bradford方法对自动化及手工配制的BSA梯度稀释液进行测定,两者标准曲线的线性度分别为0.984和0.974,重复性分别为2.00%和2.35%(CV值)；其次,实验对多达20块的96孔板进行了重铬酸钾梯度稀释液的配制,自动化系统、手工8通道移液器及手工单通道移液器的操作重复性分别为1.94%,2.40%及4.54%；结果说明,自动化系统的移液准确性和重复性均优于手工操作。接下来验证了自动化核酸分析系统的样本处理能力,具体为：对已知浓度的HBV质粒样本分别进行自动化及手工核酸提取操作,两者提取效率分别为95.01%和94.7%；对高通量的E. coli核酸提取实验的结果表明,自动化系统在实验过程中没有出现交叉污染情况；对于临床血液样本的核酸提取操作,提取产物的纯度为1.72～1.91(A26o/A28o),平均浓度为25.92 ng/μL。最后,使用自动化核酸分析系统对32份临床HBV血清样本进行了HBV-DNA定量分析。结果显示,32份样本的HBV-DNA的数量级在105～109 copies/mL之间,均大于103 copies/mL,说明供样患者的HBV-DNA检测为阳性,且乙肝病毒在患者体内的复制活跃。