论文摘要
聚合酶链式反应（PCR）是一种体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术。它属于无细胞核酸扩增范畴,通过引物延伸核酸的某个特定区域而进行重复双向DNA合成,它具有灵敏度和特异性高,操作简便、快速的特点,并且反应体系有多种应用方式,能够适用于不同的核酸样品。聚合酶链式反应自从诞生之日起,就在基因工程和分子生物学方面展现了巨大的潜力,成为生物学实验室不可缺少的手段。本课题在前人研究的基础上设计了实时PCR聚合物芯片。首先介绍了PCR技术的变性、退火和延伸三个主要反应过程以及生化反应步骤,然后在生化反应步骤的基础上对PCR聚合物芯片进行了总体结构设计。选择了结构简单易与集成的驱动单元电磁微泵,改进了人字形混合器结构,采用了铂电阻温度传感器和制冷装置,利用荧光对最终的扩增结果进行检测。本文的重点是设计适用于PCR反应的高密封性微阀。目前PCR系统中的微阀大都是微流控系统的通用阀,一般情况下不能满足PCR反应密封性高、温度承受性好和结构简单易于集成的要求。为了满足PCR聚合物芯片对微阀的要求,本文设计了一种适用于PCR反应的高密封性微阀。该阀的主体结构是一个长方体阀头连接着两个圆柱形阀杆共同组成的阀芯结构,其中阀头尺寸大于阀芯能够对流体进行二次密封,另外在盖片上还具有与阀杆结构尺寸相对应的通孔。阀芯在电机的驱动下能够与盖片上的通孔配合。该阀的结构简单,仅靠一个伺服电机就能够实现阀的打开和关闭。利用ANSYS 11.0对所设计的电机伺服式微阀进行了热-结构分析,最终得出结论,此电机伺服阀的密封性与柱塞式微阀相当,适用于PCR反应。论文还在以上设计的基础上设计了聚合物芯片的控制系统,它包括硬件设计和软件设计。其中硬件设计部分选用AT89C51作为主控芯片,设计了泵和电机驱动所需的PWM信号。软件设计介绍了整个PCR控制的时序,利用VC++6.0提供的Active X控件Microsoft Communication Control编写设计了上位机界面。最后论文利用Protues软件对设计的控制系统进行了仿真,仿真结果表明所设计的控制系统能够完成对泵和阀的控制。温度控制部分最大误差拟合后的测量值与温度计的实测值的偏差ε≤0.05℃。