用于核酸浓度检测的集成UV-Vis微流控系统研制

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lollio
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
数字聚合酶链式反应(Digital Polymerase Chain Reaction,dPCR)技术广泛应用于基因克隆、DNA测序和疾病诊断等领域,可实现核酸分子的绝对定量检测。dPCR检测的绝对精度不仅受限于有效反应单元的数量,也依赖于每个单元中的核酸分子数量,获得最高dPCR检测精度的最佳核酸浓度约为每个反应单元中含有1.59个核酸分子。为了获得最高精度,需在dPCR检测之前对核酸样本浓度进行定量检测,其后进行样本准确稀释,以达到最佳浓度。微流控技术是指在微纳芯片上操控微小体积的流体开展生物、化学等多学科交叉领域研究的方法手段,在生物医学领域有着巨大的发展潜力和广泛的应用前景。本文基于紫外-可见分光光度法(Ultraviolet-Visible Spectrophotometry,UV-Vis Spectrophotometry),以微流控芯片为载体,在保证检测灵敏度和可重复性的前提下,实现了样品消耗量少、检测动态范围宽和装置集成度高的核酸浓度定量检测。研究内容主要包括:第一、设计并制备了一款用于核酸浓度定量检测的微流控芯片。该微流控芯片基于紫外-可见分光光度法,以3D打印技术加工微流控芯片模具,选用透明且具备良好透光性的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)作为微流控芯片加工材料,设计了蜿蜒沟道进行待测样品溶液的暂存,创新性地在同一片微流控芯片上集成了光程长度分别为0.2 mm、1 mm和10 mm且彼此连通的三个检测池,实现了一次进样、光程自适应的核酸浓度精确检测。第二、设计并加工了一款精确操控微流控芯片及光学部件的精密光程切换控制台。该精密光程切换控制台主要包括微流控芯片固定结构、微型步进丝杆十字滑台和硬件控制电路三个部分。微流控芯片固定结构起着支撑和固定微流控芯片的作用,以提高装置的稳定性;该精密光程切换控制台创新性地将耦合光纤与微流控芯片分离开来,耦合光纤被固定于微型步进丝杆十字滑台,并在硬件电路的控制下驱动至不同光程长度的检测池进行UV-Vis吸光度检测。第三、设计并实现了一套具备数据分析处理和结果实时呈现的用户操控软件。该操控软件基于MATLAB GUI编写,可实时采集并处理光纤光谱仪读取的原始数据,基于朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law)计算出待测核酸样品溶液的吸光度值及浓度,并可视化检测结果。综上,本文基于UV-Vis研制的微流控核酸浓度检测系统实现了动态范围为1.5~3500 ng/μL、灵敏度为0.9 ng/μL和重复性误差(Coefficient of Variation,CV)≤10%的核酸浓度定量检测,可作为一个功能模块集成到数字PCR整机中,用于核酸样本浓度的预定量。
其他文献
芯片为信息技术、人工智能的发展提供有力的硬件支持,在智能生活、交通、医疗等领域被广泛应用。So C芯片是超大规模集成电路发展产物,从So C芯片设计、制造、封装,到应用,芯片测试贯穿于整个研发过程,并在降低成本、缩短研发周期、提高流片率等方面有着显著作用。本论文设计的芯片自动化测试平台由两个功能部分构成,将通过可灵活编程FPGA和处理器进行测试回路部分称为测试仪,将通过微处理器与上位机通信实现多芯
近年来机动车保有量与驾驶人数量激增,车辆套牌、驾驶人失格驾驶等涉牌涉证违法行为频发,道路交通安全管理工作面临严峻考验。为助力公安交通管理部门提质增效,实现对于风险隐患车辆的精准管控与智能缉查,本文基于公安交通集成指挥平台汇聚的海量卡口过车数据,结合相关机动车数据、驾驶人数据、违法数据,围绕车辆特征画像标签化建模与重点车辆通行轨迹实时追踪缉查开展研究,主要研究内容与成果如下:首先,本文提出海量卡口过
基于高速公路机电集控系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)的电气量数据进行故障检测是智能交通系统中的一项关键技术,对高速公路机电系统的状态感知和管理运维具有重要意义。为了解决目前高速公路桥梁机电设备状态感知有效手段缺乏的问题,针对机电设备在电气量监控系统中反映出的变化,对跳闸故障进行检测,并对具体故障类型进行分类,是本文主要的研究内容。
学位
物联网实现物与物、物与人的广泛连接,海量物联网设备出现在生活中。低功耗蓝牙(BLE)作为解决物联网内通信的重要技术,因其低功耗、连接建立速度快被广泛应用在信息推送、仓储管理和个人消费等场景下。海量BLE设备同时广播会影响设备间的信息交互,为了解决上述问题,急需研究一种能够有效降低广播冲突的算法。本文设计了一种新的低冲突广播算法,通过随机化广播信道在广播事件内的出现时间,增加广播信道出现情况的可能性
学位
深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)在语音识别、图像分类和人脸检测等方面都取得了非常好的效果,但在对功耗和实时性有较高要求的移动端设备上,部署存储密集型和计算密集型DNN有较大难度。为了解决该问题,通常对DNN进行压缩来减少模型参数量和计算量。因此,设计专门面向DNN压缩算法的低功耗、高吞吐率加速器具有重要实用意义。本文总结了卷积神经网络(Convolution Neur
发光二极管(LED)是一种常用的新型高效固体光源,具有节能低功耗、绿色环保、使用寿命长等优点,符合市场应用和社会发展的需要。LED发光效率的不断提高,成本下降,LED显示屏作为发光二极管的一个重要应用,市场规模得以不断扩大,市场前景可观。LED显示屏在各行各业中的广泛应用,LED显示屏的恒流驱动芯片起到了重要作用。LED显示屏驱动芯片的不断优化,使得LED显示屏显示的图像视频更加清晰细腻、色彩更加
铁基超导体是与铜氧化物超导体极为相似的非常规高温超导体,具有(准)二维的层状晶体结构、超过BCS理论极限的超导转变温度、母相的反铁磁序、dome型电荷掺杂超导相图等特性,是研究高温超导机理的一个重要体系。此外,铁基超导体表现出明显的多带效应,导致了奇特的能带结构和电子行为,具有丰富的量子有序态,使之成为凝聚态物理研究的前沿课题。迁移率谱方法是研究多带超导体的能带结构及相关机理的有效手段。该方法已经
高速缓存数据预取是一项可以缓解日益增长的处理器和主存之间的性能差距的重要技术。尽管数据预取的概念已经被提出了数十年,但是当前的数据预取技术仍然存在一些问题:软件预取只能处理有规律的内存访问;而硬件预取则需要在使用更多的元数据来发现更多的处理器访存方式和减小额外存储代价之间进行权衡。而当前的LSTM神经网络在序列预测方面展现出了很好的效果,因此本文基于LSTM神经网络设计了一种时间空间流预取器ST