随着全球化程度的深入,世界各地的人员往来与流动变得更为频繁、广泛,全球性的疾病传播给人类带来的威胁更加严峻。及时地对疾病在线检测、诊断、干预与治疗,这对早期疾病的发现、减少传播感染等意义重大,为满足这种应用需求,即时检测技术(Point-of-Care testing,POCT)应运而生。基于聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)的分子生物学技术能可靠地检测早期疾病,且检测结果精度高。当前,广泛使用的PCR仪器价格昂贵,检测耗样量大,成本高,阻碍了该仪器在临床和家庭推广使用。采用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术实现的PCR芯片具有体积小、价格便宜、耗样量少、温控速度快、扩增反应周期短等优势,可用于POCT中的基因分析。本文研究目标为:优化PCR芯片结构布局、简化工艺流程,制造出低成本、高性能的全玻璃管套结构PCR芯片;整合外围嵌入式温控系统,实现温度的精确控制;通过静态腔室型PCR芯片完成DNA扩增反应实验,验证PCR芯片的性能。研究内容如下:1.优化现有PCR芯片结构布局,精简PCR芯片的加工工艺。包括:采用PT100温度传感器替换传统的测温电极,提高测温的准确性和一致性;通过微加工制作出可重复使用的带有加热电极和通道的芯片基座(大小为18mm×12.5mm)。2.设计PCR芯片嵌入式温控系统,搭建PCR芯片反应平台。设计外围温度检测电路、电源模块电路和驱动电路。整合PCR芯片、嵌入式控制系统、LCD屏幕,整体系统大小为13cm×10.5cm。3.实现PCR芯片温度控制算法,调控硬件电路工作。包括:UCOSIII操作系统的移植,LCD屏实时显示PCR芯片温度曲线,设计温度控制有限状态机,实现多级积分分离抗饱和PID算法,相比传统PID算法,其稳定时间短、温度超调量低。4.通过生物扩增实验,验证PCR芯片性能及工作有效性。对人癌基因进行扩增反应,测试获得系统的升温速度6?C/s,降温速度3?C/s。通过对PCR扩增产物进行电泳测试,与传统热循环仪(ProFlex PCR System)电泳结果比对,本研究PCR芯片可获得极好的扩增效果。