發(fā)布時間：2020-09-18 18:18

　　 隨著實驗室自動化技術(shù)的發(fā)展,高通量核酸檢測設(shè)備成為當今分子診斷領(lǐng)域的有力工具,為疾病篩查及個體化精準醫(yī)療服務(wù)提供了新的技術(shù)平臺。然而,由于不同商用平臺系統(tǒng)的軟件接口設(shè)計存在較大差異,且不同類型硬件設(shè)備之間兼容性不足,導致現(xiàn)有的實驗室自動化平臺在針對新的實驗需求和將不同設(shè)備和耗材集成起來協(xié)同工作時往往十分困難。為此,本論文針對前期搭建的高通量核酸樣本處理自動化硬件系統(tǒng),提出了一種基于SiLA(實驗室自動化標準)的開放式軟件架構(gòu),旨在通過統(tǒng)一軟硬件接口和通信協(xié)議,簡化核酸樣本處理自動化系統(tǒng)硬件的集成復雜度,提高集成系統(tǒng)的執(zhí)行效率和工作性能。首先,采用SiLA標準,對系統(tǒng)控制對象進行模型化設(shè)計;然后,針對標準化系統(tǒng)硬件(設(shè)備和耗材)模型的建立,進一步為自己研發(fā)的硬件系統(tǒng)開發(fā)了一個3D可視化建模組件,可以讓用戶通過軟件進行系統(tǒng)平臺的硬件配置,并對自動化工作流進行設(shè)置和實時跟蹤。為了對集成后的自動化工作流進行優(yōu)化控制,提高平臺的執(zhí)行效率,基于論文中所設(shè)計的開放軟件架構(gòu),提出了一種結(jié)合圖論分析與遺傳算法(Genetic Algorithms,GA)的工作流智能規(guī)劃算法。最后,為了驗證這種工作流優(yōu)化算法的性能,在自己研制的高通量樣本處理系統(tǒng)上開展了兩組自動化核酸提取實驗,對系統(tǒng)工作流優(yōu)化前后的工作性能和執(zhí)行效率進行了分析和比較。實驗結(jié)果顯示,論文提出的智能優(yōu)化算法能夠有效優(yōu)化多設(shè)備集成式系統(tǒng)的自動化工作流,加速系統(tǒng)平臺并行化處理效率。這進一步說明開發(fā)的平臺控制軟件及其開放式架構(gòu)設(shè)計不僅有助于高通量核酸樣本處理平臺硬件的標準化集成,還有助于對自動化工作流實施更好的優(yōu)化控制,使研發(fā)的核酸處理平臺具有更好的開放性,可以滿足核酸樣本的不同檢測、分析需求。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.52;R440
【部分圖文】：

東南大學碩士學位論文核酸檢測關(guān)鍵方法簡介核酸提取原理核酸提取和純化方法包括煮沸裂解法[32]、蛋白酶K消化法[33]、碘化鈉法[35,36]等，磁珠法核酸提取是基于生物磁珠和核酸適配體識別技術(shù)共物磁珠是指具有細小粒徑的超順磁微球，具有合適且差別較小的粒徑磁響應(yīng)性并有利于在溶液中均勻分布。磁珠法核酸提取技術(shù)將純化介生物磁珠表面，超順磁性氧化鐵表面帶有正電，易于吸附帶負電的核料，同時通過修飾功能基團或高分子材料實現(xiàn)不同功能[40-42]。當外界磁珠能夠迅速聚集并使核酸依附于磁珠定向移動，從而達到分離純化

圖 1-2 Tecan Freedom EVO 系列檢測工作站1.3.2 國內(nèi)自動化檢測工作站發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)自動化檢測工作站產(chǎn)品集中于實驗室通用的小型、功能單一的儀器，而對于相關(guān)高集成度工作站的研發(fā)尚處于起步階段，主要是針對移液的自動化過程實現(xiàn)，功能的豐富性并沒有達到國外知名廠商產(chǎn)品的水平。另外值得注意的是，國內(nèi)自動化檢測工作站產(chǎn)品，往往采用集成國外具有一定智能性的設(shè)備模塊實現(xiàn)，缺乏完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，在成本和核心技術(shù)方面都受制于人。表 1-2 國內(nèi)產(chǎn)商自動化檢測工作站產(chǎn)品國內(nèi)生廠商 地區(qū) 自動化檢測工作站產(chǎn)品同信天博 北京 自動液體樣品處理平臺 alsp-01奧美泰克 北京 AMTK HL1209 高通量全自動化液體處理工作站，AMTK 全自動 NGS 樣品前處理工作站，LH1209 自動液體處理平臺

第 2 章 自動化核酸檢測工作站系統(tǒng)總體設(shè)計多工位平臺：工作站平臺設(shè)計為標準 4×4 共計 16 個工位，可根據(jù)實驗要行靈活配置。通過為耗材、設(shè)備模塊提供適配器，可放置包括槍尖棧、儲液96 孔板、磁分離與振蕩混勻模塊以及廢物回收容器等�，F(xiàn)核酸檢測功能的基礎(chǔ)上，為應(yīng)對未來實驗需求的變化，圍繞著工作站平，工作站系統(tǒng)需要兼容更多實驗類型、協(xié)議與條件，對系統(tǒng)軟件設(shè)計提出。作站硬件方案以上對自動化核酸檢測工作站的功能需求，本課題組自主研發(fā)了一系列的，并集成為工作站系統(tǒng)，工作站平臺的整體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，大致可以部分：移液器、機械抓手、振蕩混勻模塊、磁分離模塊以及多工位平臺，抓手都掛載于獨立的三軸機械臂上，便于對各個工位上的實驗耗材進行操

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本文編號：2822001