● 摘要
PCR基因芯片技术将生物芯片技术与PCR技术相结合，对微量DNA进行实时定量PCR扩增，大大简化了PCR操作，避免交叉污染，特异性强，敏感性高，在高通量检测的同时节省大量的试剂和临床标本，所以具有重大的基础研究价值和明显的产业化前景。本文在充分消化吸收国内外已有技术资料的基础之上，借鉴相关成熟经验，以集成创新为指导思想，设计并构建了微阵列PCR基因芯片检测仪，并对设计过程中的相关问题进行了探讨。本文的研究内容集中在以下几个方面：微阵列PCR基因芯片检测仪的原理。系统阐述仪器的基本机理，深入讨论了实时定量PCR技术相关理论、荧光染料发光机理以及荧光定量PCR检测计算方法。在此基础上总结出检测仪的工作原理以及结构。PCR扩增模块的设计。分析了PCR反应的关键技术以及影响因素，着重讨论了半导体制冷器件的工作原理，初步对PCR反应进行热力学分析。重点讨论了温控电路的开发，通过温度测量实验以及热传导理论给出程序温度设定值与样品实际温度值之间数学模型。生物芯片荧光信号检测模块的构建。在分析激光共聚焦和 CCD两种生物芯片检测仪工作原理、性能特点的基础上，提出了针对PCR基因芯片的CCD 生物芯片检测方案，并完成了对检测光路以及扫描控制的设计开发。数据处理与系统软件分析。对扫描检测获得的数据，采用图像预处理、图像分析、信息提取等方法以期获得定量PCR的Ct值与标准曲线。在对系统软件初步分析的基础上，完成系统软件的构架和部分开发。实验结果表明在研制的微阵列PCR基因芯片检测仪上能够完成PCR反应以及荧光信号扫描，为今后进一步的研究工作打下了良好的基础。