集成光纤的毛细管电泳芯片检测系统的研制

论文摘要

毛细管电泳检测系统的研究是目前分析仪器发展的重要方向与前沿课题。它可以实现对多种生物分子、离子等进行检测，是一种集进样、分离、检测等功能于一体的分析平台，具有小型化、集成化的特点。本论文是研制一种与集成光纤的毛细管电泳芯片相配套的小型检测系统。研究内容包括：检测系统的工作原理、结构及其应用实验等。 研制成一台小型毛细管电泳芯片检测系统，该检测系统的特点是：用发光二极管(LED)作为激发光源；用光电倍增管完成光电信号的转换；双暗室结构避免了外界杂散光的干扰；新颖的光纤耦合装置方便了实验的操作；四个高压电源模块的使用，在电泳过程中可以实现夹流控制；继电器阵列可以灵活的进行电路的切换；检测系统由AT89C52作为微控制器，采用串行接口电路进行数据通讯，用高精度A／D转换器完成数据的采集。 该检测系统采用VB6.0软件开发了检测系统的控制软件，该控制软件能够进行数据添加、删除、修改和保存。具有自动切换、倒计时、可进行10步程序设置和分离电压与光电倍增管电压分别控制等功能。整个检测系统的尺寸为242mm×160mm×240mm，质量为3.5kg。 使用该检测系统对样品进行了样品的夹流实验，证明了进入分离沟道中样品的可控性；对FITC标记的精氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸混合物进行了分离，分离电压250V／cm，分离时间不到150秒；在检测系统上对FITC标记的四种氨基酸进行了四次重现性实验，其峰值面积、峰高以及迁移时间三个参数的RSD分别为4.7％，2.2％和2.8％，表明了该系统的可靠性。对φX174／HaeⅢ DNA和SARS病毒的PCR扩增产物进行了电泳分离，实验结果表明在分离电压为1100V的情况下，大于10个bp的DNA片段，该检测系统都能完成分离，具有一定的实用性。

论文目录

• 研究成果声明
• 关于学位论文使用权的说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 电泳技术
• 1.1.1 电泳简介
• 1.1.2 电泳的基本原理
• 1.1.3 电泳的发展新动向
• 1.2 微流控电泳分析芯片
• 1.2.1 微全分析系统
• 1.2.2 微流控分析芯片
• 1.2.3 微流控分析芯片的分类
• 1.2.4 微流控分析的发展趋势和存在的问题
• 1.3 微流控芯片的检测方法
• 1.3.1 光学检测法
• 1.3.2 电化学检测
• 1.3.3 质谱检测
• 1.3.4 其它检测方法
• 1.4 微流控芯片的应用
• 1.4.1 微流控芯片应用于核酸分析
• 1.4.2 微流控芯片应用于蛋白质、肽的分析
• 1.4.3 微流控芯片应用于药物分析
• 1.5 检测系统
• 1.5.1 分析仪器发展的现状和方向
• 1.5.2 国内外的几种电泳分析仪
• 1.6 本论文研究的背景和工作内容介绍
• 第二章 毛细管电泳芯片
• 2.1 电泳芯片简介
• 2.1.1 电泳芯片的结构
• 2.1.2 电泳芯片的材料
• 2.1.3 电泳芯片的制作方法
• 2.2 PDMS微流控芯片
• 2.3 夹心式微流控芯片
• 2.4 集成光纤的毛细管电泳芯片
• 2.5 本章小结
• 第三章 集成光纤的毛细管电泳芯片检测系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 集成光纤的毛细管电泳芯片检测系统的结构
• 3.3 测试盒子系统
• 3.3.1 测试盒
• 3.3.2 LED固定器
• 3.3.3 光纤固定器
• 3.3.4 高压铂电极
• 3.4 光学检测子系统
• 3.4.1 柱状连接器
• 3.4.2 光电倍增管
• 3.4.2.1 光电倍增管对高压电源的要求
• 3.4.2.2 光电倍增管分压器设计
• 3.4.3 信号放大电路
• 3.4.4 高压电源模块
• 3.5 高压电源模块子系统
• 3.5.1 高压模块
• 3.5.2 高精度DAC
• 3.5.3 继电器阵列
• 3.6 数据采集子系统
• 3.6.1 高精度ADC
• 3.6.2 隔离放大器
• 3.6.3 电流监测
• 3.6.4 同步采样ADC
• 3.7 嵌入式微控制系统及仪器的通信
• 3.7.1 嵌入式微控制器
• 3.7.2 微控制器的复位
• 3.7.3 系统与PC的通信
• 3.8 本章小结
• 第四章 检测系统的软件及系统的制作
• 4.1 PC机控制软件
• 4.2 单片机软件
• 4.2.1 C语言的特点与C语言向8051单片机的移植
• 4.2.2 单片机软件结构
• 4.3 数据采集软件
• 4.4 系统的制作
• 4.5 检测系统指标的参数
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统的应用实验
• 5.1 系统的夹流实验
• 5.1.1 实验器材
• 5.1.2 实验过程
• 5.1.3 实验结果与讨论
• 5.2 分离氨基酸实验
• 5.2.1 荧光检测技术
• 5.2.2 荧光产生过程
• 5.2.3 荧光光谱
• 5.2.4 使用荧光素异硫氰酸盐（FITC）标记氨基酸
• 5.2.5 实验过程说明
• 5.2.6 实验结果与讨论
• 5.3 检测系统的重现性实验
• 5.3.1 实验材料与条件
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 实验结果与讨论
• 5.4 分离DNA
• 5.4.1 SYBR Green Ⅰ荧光染料技术原理
• 5.4.2 实验材料与条件
• 5.4.3 实验结果与讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 博士期间所做的研究工作及取得的研究成果
• 6.2 本论文工作的创新
• 6.3 问题和展望
• 参考文献
• 致谢