论文摘要
分子诊断是以分子生物学理论为基础,研究人体内遗传物质的结构或表达调控的变化,为疾病诊断、治疗监测和预后判定提供信息和决策依据的新兴技术。定量PCR(Polymerase Chain Reaction)是分子诊断中研究开发和应用最为广泛的体外扩增技术,它不仅可以分析基因突变,还能检测遗传物质的拷贝量。电化学实时定量PCR是将电化学检测方法同PCR技术联合使用的新型检测技术,通过实时检测PCR反应中电活性物质某种电参数,达到对DNA起始模板快速定量分析的目的,相比于实验技术成熟的荧光定量PCR方法,具有检测灵敏度高、成本低、操作简单等优点。本文从电化学检测技术着手,给出电化学分子诊断系统整体设计；在理论分析和后续测试过程中发现电化学检测易受到PCR反应温度的影响,因此采用红外热成像方法对检测样本温度进行非接触式在线实时测量,以便于对检测曲线作校正补偿处理。本文的主要内容有：(1)介绍了本课题的研究意义及发展现状,详细阐述了PCR技术及电化学生物传感器,然后从电化学分析技术角度出发,提出分子诊断系统的整体设计。(2)对传统计时电流法(CA)作了改进,结合电化学动力学方程,建立了改进计时电流法的数学模型,运用数值分析方法求得其数值解,通过数学工具仿真绘制出随时间变化的电流曲线,并且得到电流峰值与一些参数之间的数值关系。(3)阐述了分子诊断系统框架,在课题组研制的电化学检测硬件装置的基础上,针对改进CA法增加相应的电路模块,并设计了系统信号显示及处理软件。(4)采用红外热成像仪对试剂温度进行非接触式在线实时测量,其处理过程分为两个模块：图像处理部分实现图像噪声滤除、边缘分割及对比度增强；温度转换部分实现对圆孔区域试剂温度的测量。(5)运用电化学分子诊断系统进行实验测试。首先通过实验证实改进CA法检测的可行性,然后运用该系统对口腔癌DNA扩增反应进行实时检测,最后根据电流峰值与温度关系式,结合试剂实际温度,对电流峰值作合理的温度补偿。本文设计了以电化学检测技术为基础的分子诊断系统,并采用红外测温方法检测试剂温度,根据温度变化规律对峰电流曲线作校正,最终达到了实时稳定检测的效果,为下一步电化学分子诊断实验平台的应用普及奠定良好的基础。