核酸扩增仪是一种生物医学研究中使用的高精密仪器,主要应用于核酸扩增技术中。核酸扩增技术是一种基因体外分离技术,广泛应用于分子生物学的基础研究和应用分析中,如临床医学诊断、传染病诊断、基因克隆和工业质量控制等领域。核酸扩增技术应用于基础研究方面时,能够对目的基因进行克隆,实现基因组的测序和基因功能的表达、制备单链模板、致突变等目的;核酸扩增应用于临床上时,能够应用于遗传学疾病的诊断和治疗、肿瘤研究、病原体检测、基因分型等。本课题主要研究随着核酸扩增技术的发展所匹配的变温反应装置,原有的孔板式温控装置,温度控制的精度较低,且不同位置反应槽的温度分布不同,课题通过对采集电路的设计和温度均匀性的改进,设计出一款能保证核酸扩增反应顺利进行的温控装置。课题主要对系统的硬件电路和机械结构进行了设计,研究了系统温控的算法,并且对反应槽处于恒定温度时的温度分布情况进行有限元分析,通过对变温系统结构的改进,改善了变温模块样品反应槽的温度均匀度。主要内容有:(1)硬件电路、变温模块结构设计。对系统包含的温度采集模块、控制芯片及外围电路、变温模块结构和辅助部件进行了设计和制作,搭建出系统总体装置。(2)温度控制算法的讨论和研究,求取各算法控制过程参数,首先采用经典PID算法对系统的温度进行控制。之后又采取给定前馈补偿控制、模糊控制方法,提出模糊—PID混合控制方法。最后进行实验调整,判断各算法温控效果。(3)样品反应槽温度均匀度改善。核酸扩增过程将反应试管置于样品反应槽中,反应槽起到热量传递作用,现在的孔板式温控装置很多情况下只考虑到温度控制的精度和升降温速度,但是没有考虑到温度均匀度的问题,在本课题,采用有限元分析方法,通过在样品槽侧壁加隔热层的方法,减少样品槽侧壁与环境空气的热交换,对样品孔的存在的温度差异进行改进,提高变温系统中样品反应槽孔间温度的均匀性,保证进行核酸扩增实验时各孔基因扩增效率的一致性,便于进行核酸扩增的进一步检测和分析。(4)温度均匀性改善效果验证。通过对温度控制过程多个反应孔的温度数据进行采集,通过对温度控制过程温度变化情况的分析,验证系统设计的效果和温度控制均匀度的改善。判断实验结果,验证课题设计的装置能够用于核酸扩增实验研究中。