基于阵列电极电泳芯片分析系统的研制

论文摘要

电泳芯片分离控制系统微型化及其片上检测是生化分析的发展方向。基于线性阵列的电泳芯片的分析系统属于微全分析系统的一种,可对多种生物分子、离子等进行分离检测,是一种集进样、分离、检测、智能操控等功能于一体的生化分析平台,具有微型化、集成化及操作自动化的特点。 近年研究表明,在电泳芯片上制作电极阵列,用电学方法可以精确操控微流体及生物分子的行为,可实现低压电泳分离操作。本论文从生化分析的电控机理出发,对已有的电泳芯片进行改进,研制其控制检测系统。研究内容包括以普通载玻片和有机高聚物PDMS(Polydimethylsiloxane)为基本材料的电泳沟道芯片的理论设计、制作工艺,电泳芯片的连接方式,控制系统、检测系统的设计以及控制芯片工作的单片机程序编制,高精度检测系统的程序编制等。 控制系统以c8051F020为核心,设计了一种I/O网络组合控制电路来控制54根Pt电极,在三态(高压、接地、悬空)之间的任意转换。键盘、液晶等人机交互接口便于用户操作。整个系统设计体现了高度集成、低功耗、高扩展性以及自动操控等特点。检测系统以MSC1210为核心,采用等比例测量原理对待测对象进行高精度检测,设计了独立的用户界面,可单独形成测量仪表。 利用电泳芯片进行了测试和初步电泳实验,证明控制系统基本实现设计功能,与芯片能良好衔接;对电泳分离结果进行了阻抗检测实验,证明检测系统能对某些样品的电泳结果进行高精度检测。系统的进一步研究将实现便携式生化分析系统。

论文目录

• 第1章 前言
• §1.1 电泳芯片设计
• §1.2 电泳芯片检测方法
• §1.3 国内外阻抗检测研究
• §1.4 本论文研究目标
• 本章参考文献
• 第2章 电泳芯片设计及制作
• §2.1 毛细管电泳基本理论
• §2.1.1 电泳原理
• §2.1.2 电泳分离效率及电泳芯片设计优化
• §2.2 微流体沟道芯片设计
• §2.3 沟道芯片的加工
• §2.3.1 Polydimethylsiloxane（PDMS）和SU-8介绍
• §2.3.2 PDMS沟道芯片的制作
• §2.3.2.1 芯片设计
• §2.3.2.2 SU-8模具的制作
• §2.3.2.3 利用SU-8模具制作PDMS沟道芯片
• §2.3.2.4 阵列电极芯片与沟道芯片的封装
• §2.4 电泳芯片驱动方式仿真
• §2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第3章 电泳芯片控制系统
• §3.1 芯片控制系统设计方案
• §3.1.1 控制系统设计目标
• §3.1.2 控制系统结构
• §3.2 芯片控制系统工作流程
• §3.3 控制系统4大功能模块介绍
• §3.3.1 微处理器模块
• §3.3.2 继电器模块
• §3.3.2.1 I／O端口控制网络
• §3.3.2.2 继电器组合控制模块
• §3.3.2.3 可变高压电源模块
• §3.3.3 串行通信模块
• §3.3.4 人机交互模块
• §3.3.4.1 LCD显示模块
• §3.3.4.2 键盘输入模块
• §3.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第4章 电泳芯片阻抗检测系统
• §4.1 阻抗检测系统设计方案
• §4.1.1 检测系统设计目标
• §4.1.2 测量系统结构
• §4.2 芯片检测系统工作流程
• §4.3 测量系统4大功能模块介绍
• §4.3.1 微处理器模块
• §4.3.2 电阻测量模块
• §4.3.3 串行通信模块
• §4.3.4 人机交互模块
• §4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第5章 实验结果与讨论
• §5.1 荧光系统实验
• §5.1.1 实验准备
• §5.1.2 实验结果
• §5.1.3 荧光系统实验中存在的问题
• §5.2 阻抗测量系统初步应用实验
• §5.3 采用阻抗仪的实验结果
• §5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第6章 结论与展望
• §6.1 研究工作成果
• §6.2 论文工作的创新点
• §6.3 工作展望及改进
• 发表文章
• 致谢