应用于自动化核酸分析检测工作站的荧光检测系统的研究与设计

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随着分子生物学研究的深入,基因组计划的研究成果向实际应用的转移取得了阶段性进展,其中单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)的研究是人类基因组计划走向实际应用的重要一步。基于SNP分型的临床应用需求,本课题组设计开发了核酸检测分析上作站,为SNP位点的筛选与检验提供一种集样本制备、扩增和信号检测于一体的全自动高通量快速检测平台。本文设计的荧光检测系统是集成于该工作站中用于检测的功能模块,主要由光学检测模块与自动控制系统两部分构成。光学检测模块为整个检测系统的核心模块,它是根据荧光检测机理构建的,主要包括激发光源、检测光路以及信号采集三部分。其中,激发光源是以发光二极管为基础进行设计的,为系统提供了稳定可靠的激发光;检测光路采用了共聚焦式的光路结构,为样品激发与荧光收集提供了可靠保障;信号采集部分选用了光电倍增管作为光电探测器,可以有效提高系统检测灵敏度。自动控制系统是为荧光检测装置定制的嵌入式控制系统,分为硬件控制电路及软件控制程序两部分,用于控制整个装置的硬件外设,以实现装置运行自动化。硬件控制电路用于驱动硬件外设,主要包括信号处理电路、机械运动控制电路、电源供电电路以及通讯电路四部分:软件控制程序主要负责控制硬件与信号处理两大任务,其中,控制硬件相关的程序是根据荧光检测实验的具体流程进行架构与编写的,而信号处理的相关算法则是基于限幅算术平均滤波法进行设计的。最后,我们根据设计方案,组装搭建了检测装置样机,并通过实验来验证装置的性能。实验测试内容主要包括激发光束的性能以及荧光检测效果两部分,通过实验结果可以看出本论文提出的设计方案可行,但检测灵敏度与信噪比相较于市面先进的检测装置尚有不足,需要在光学系统及信号处理方面进行优化。
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