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毛细管基连续流动式PCR微流控装置及微通道内动力学钝化的研究

2020-11-23阅读(902)

毛细管基连续流动式PCR微流控装置及微通道内动力学钝化的研究

论文摘要

聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，简称PCR）技术是一种发展很快、应用很广的体外核酸扩增技术，在生命科学以及诸多相关领域已经得到非常广泛的应用。在微流控技术日益朝生物领域发展的过程中，PCR微流控技术始终是研究的热点之一。本研究工作是在对目前PCR微流控装置研究现状综合分析的基础上提炼出两种结构新型的毛细管基连续流动式PCR微流控装置，并对其进行必要的生物化学性能测试。 在基于低热容量的软性薄膜加热器构建的连续流动式PCR微流控装置上，系统评价其温度控制性能和能量消耗，并讨论退火温度、PCR溶液中各反应成分浓度（包括Mg2+、引物、dNTPs、DNA模板以及Taq DNA聚合酶等）、PCR溶液在毛细管微通道中的流动速度、毛细管内表面处理以及可再生等因素对连续流动式PCR扩增的影响，揭示了一系列可贵的连续流动式微流控PCR扩增规律。在基于铜块上螺旋通道的连续流动式PCR微流控装置上，主要从PCR溶液在毛细管微通道中的流动速度、人类基因组DNA模板的初始浓度以及基于分隔流动模型的高通量扩增等三个方面来测试其性能。在充分利用基于铜块上螺旋通道的连续流动式PCR热循环结构设计的简单性以及加工容易等优点的同时，也揭示了制约该连续流动式PCR热循环速度的主要因素即毛细管的固有尺寸。 最后，在对两种结构的连续流动式PCR微流控装置实验的基础上，系统评价和比较了作为动力学钝化的多种添加剂对毛细管基连续流动式PCR微流控扩增的影响，这些添加剂包括小牛血清蛋白（BSA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）8000、吐温20（Tween 20）、润湿剂P-40（NP-40）、曲拉通X-100（Triton X-100）、丙三醇（glycerol）、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲亚砜（DMSO）以及甜菜碱等十种。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 前言
  • 1.1 微流控技术的发展
  • 1.1.1 什么是微流控技术
  • 1.1.2 基于微流控技术的分析系统的特点
  • 1.1.3 微流控技术的主要应用领域
  • 1.2 传统PCR技术的发展简介
  • 1.2.1 PCR技术简介
  • 1.2.2 PCR反应的原理
  • 1.2.3 PCR发展历史
  • 1.2.4 PCR扩增反应的一般特点
  • 1.2.5 传统RCR的延伸技术
  • 1.2.6 几种PCR以外的DNA/RNA体外扩增复制技术
  • 1.2.7 PCR产物的检测技术
  • 1.3 PCR微流控技术
  • 1.3.1 PCR微流控技术的特点和优势
  • 1.3.2 PCR微流控装置的分类
  • 1.4 本论文的结构和研究内容简介
  • 1.5 本章小结
  • 第二章 PCR微流控装置的研究现状
  • 2.1 PCR微流控装置中微反应体系的衬底材料以及微加工技术
  • 2.1.1 目前PCR微反应体系的衬底材料
  • 2.1.2 PCR微流控装置的微加工技术
  • 2.2 PCR微流控装置的几种结构设计
  • 2.2.1 微池静态式PCR
  • 2.2.2 连续流动式PCR
  • 2.2.3 对流驱动式PCR
  • 2.3 PCR微流控装置中加热和冷却技术
  • 2.3.1 PCR微流控装置中的加热技术
  • 2.3.2 PCR微流控装置中的冷却技术
  • 2.4 PCR微流控装置中微流体驱动技术r
  • 2.5 PCR微流控装置中减少生物样品表面吸附的技术
  • 2.5.1 静力学钝化技术
  • 2.5.2 动力学钝化技术
  • 2.6 PCR微流控装置中扩增产物检测技术
  • 2.6.1 PCR产物的离线式检测
  • 2.6.2 PCR产物的在线式检测
  • 2.7 PCR微流控装置的应用领域
  • 2.8 本章小结
  • 第三章 基于薄膜加热器的毛细管基连续流动式PCR微流控装置的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 选择加热器和毛细管的基本思想
  • 3.3 连续流动式PCR实验系统及实验步骤
  • 3.3.1 毛细管基连续流动式PCR实验系统的构建
  • 3.3.2 实验步骤
  • 3.4 连续流动式PCR扩增实验
  • 3.4.1 试剂与仪器
  • 3.4.2 所用的引物序列
  • 3.4.3 模板DNA的提取
  • 3.4.4 连续流动式PCR扩增和阳性对照PCR扩增
  • 3.4.5 电泳和结果判读
  • 3.4.6 连续流动式PCR微流控装置性能测试和研究的主要内容
  • 3.5 结果与讨论
  • 3.5.1 连续流动式PCR微流控装置温度控制性能的测试
  • 3.5.2 PTFE毛细管内表面的可再生实验
  • 3.5.3 退火温度和一些PCR反应试剂的浓度对连续流动式PCR扩增的影响
  • 3.5.4 毛细管微通道中BSA静力学/动力学钝化对连续流动式PCR扩增的影响
  • 3.5.5 三种不同长度的DNA片断在连续流动式PCR微流控装置中的快速扩增
  • 3.5.6 DNA模板的初始浓度对连续流动式PCR扩增的影响
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 基于铜块上螺旋通道的连续流动式PCR微流控装置的研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 基于螺旋通道的PCR热循环仪的结构设计
  • 4.3 实验的主要过程
  • 4.4 连续流动式PCR扩增实验
  • 4.5 基于螺旋通道的连续流动式PCR微流控装置研究内容
  • 4.6 结果和讨论
  • 4.6.1 PCR溶液在毛细管微通道中的流动速率对对连续流动式PCR扩增的影响
  • 4.6.2 连续流动式PCR扩增灵敏度的检测
  • 4.6.3 三个不同长度的靶标DNA片断通过分隔流动实现高通量PCR扩增
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 PCR微流控装置中微通道中动力学钝化的研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 动力学钝化试剂的选择和说明
  • 5.3 连续流动式PCR扩增
  • 5.4 结果与讨论
  • 5.4.1 连续流动式PCR中退火温度的确定
  • 5.4.2 竞争蛋白BSA对微流控PCR扩增的影响
  • 5.4.3 聚合物溶液PVP和PEG8000对微流控PCR扩增的影响
  • 5.4.4 非离子表面活性剂Tween20、NP-40及曲拉通X-100对微流控PCR扩增的影响
  • 5.4.5 高沸点添加剂丙三醇（甘油）对微流控PCR扩增的影响
  • 5.4.6 二甲基甲酰胺（DMF）对微流控PCR扩增的影响
  • 5.4.7 二甲亚砜（DMSO）和甜菜碱（betaine）对微流控PCR扩增的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 致谢
  • 在学期间发表的学术论文和奖励
  • 1.论文
  • 2.奖励

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