基于STM32的核酸檢測(cè)系統(tǒng)研究
本文關(guān)鍵詞:基于STM32的核酸檢測(cè)系統(tǒng)研究
更多相關(guān)文章: POCT 微流控芯片 STM32 溫度控制
【摘要】:目前,疾病預(yù)防和治療往往基于生物樣品如血液和尿液中的化學(xué)參數(shù)的測(cè)量。通常,樣品需要送到中心實(shí)驗(yàn)室由熟練的技術(shù)人員進(jìn)行分析,檢測(cè)結(jié)果也需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天才可以得到。因此,需要小型、快速和易于操作的設(shè)備來降低成本和提高效率。床旁快速檢測(cè)(POCT),一種緊湊和靈活的臨床檢測(cè)設(shè)備,把疾病診斷從中心實(shí)驗(yàn)室?guī)У讲∪松磉叢⒛芸焖俚墨@得檢測(cè)結(jié)果。核酸檢測(cè)可以為傳染性和遺傳性疾病提供快速、靈敏和特異的檢測(cè)。聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)為核酸擴(kuò)增提供了一種簡(jiǎn)單和優(yōu)雅的方法。這種方法通過使用耐高溫的聚合酶和溫度循環(huán)使DNA鏈變性和復(fù)性。不幸的是,PCR反應(yīng)所需要的溫度循環(huán)使設(shè)計(jì)變得復(fù)雜、耗能和笨重,,從而使微觀尺度的PCR不能很好的集成到POCT平臺(tái)上。為了克服傳統(tǒng)PCR擴(kuò)增的局限性,等溫的核酸擴(kuò)增成為最新的研究方向。它避免了由核酸擴(kuò)增階段的溫度循環(huán)帶來的額外復(fù)雜性和相關(guān)的控制機(jī)制,從而為基于POCT平臺(tái)的核酸擴(kuò)增提供了強(qiáng)大的支持。本論文主要設(shè)計(jì)一種基于滑移芯片技術(shù)和環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(LAMP)技術(shù)的POCT設(shè)備,該設(shè)備包含了核酸擴(kuò)增、光學(xué)檢測(cè)和溫度控制。 本文完成了基于STM32的核酸檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要由微流控芯片、溫控模塊和光學(xué)模塊組成。本文在滑移芯片上實(shí)現(xiàn)了環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增;微流控芯片采用了滑移芯片技術(shù),為核酸擴(kuò)增提供反應(yīng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)微量試樣的靈活操作,通過旋轉(zhuǎn)即可反應(yīng)并得到結(jié)果的特點(diǎn)使其具有使用簡(jiǎn)單、快速和高效的優(yōu)點(diǎn);核酸擴(kuò)增采用環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增,使溫控模塊的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。溫控模塊對(duì)核酸反應(yīng)的溫度進(jìn)行控制,為了簡(jiǎn)化加工工藝和便于產(chǎn)品化,采用了基于熱電制冷器(TEC)的接觸式加熱方法,通過改變熱電制冷器的電流方向來改變其制冷和加熱的工作狀態(tài)。光學(xué)模塊主要對(duì)試樣中的熒光染料進(jìn)行激發(fā)并檢測(cè)其發(fā)射光從而判斷目標(biāo)檢測(cè)物的有無。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6為核心,實(shí)現(xiàn)了溫度采集、溫度控制、光電信號(hào)檢測(cè)、LCD顯示、串口、按鍵等功能。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)使用了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫從而大大提高了開發(fā)效率。溫控精度是核酸擴(kuò)增成功與否的關(guān)鍵,本文采用了增量式PID溫控算法和PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的精確控制,并通過遺傳算法和粒子群算法實(shí)現(xiàn)在線PID參數(shù)自整定。 本系統(tǒng)的溫控解決方案能夠?qū)怂岱磻?yīng)的溫度進(jìn)行精確控制,并能夠在線對(duì)微弱的熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了用于核酸檢測(cè)的便攜式的POCT設(shè)備。
【關(guān)鍵詞】:POCT 微流控芯片 STM32 溫度控制
【學(xué)位授予單位】:華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號(hào)】:TP274;R197.39
【目錄】:
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 1 緒論10-19
- 1.1 引言10
- 1.2 床旁快速檢測(cè)(POCT)10-11
- 1.3 環(huán)介導(dǎo)等溫核酸擴(kuò)增(LAMP)11-12
- 1.4 微流控 PCR 芯片12-15
- 1.5 微流控 PCR 芯片的溫度控制系統(tǒng)15-18
- 1.6 本文的主要工作18-19
- 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案19-24
- 2.1 溫控模塊19-20
- 2.2 光學(xué)模塊20-22
- 2.3 微流控 LAMP 芯片22-24
- 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)24-45
- 3.1 ARM Cortex-M3 內(nèi)核24-26
- 3.2 STM32F103 微處理器26-27
- 3.3 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)27-32
- 3.4 溫度采集模塊設(shè)計(jì)32-34
- 3.5 溫度控制模塊設(shè)計(jì)34-42
- 3.6 光電信號(hào)檢測(cè)模塊42-43
- 3.7 TFT-LCD 顯示模塊43-45
- 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)45-52
- 4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)45-46
- 4.2 溫度采集模塊設(shè)計(jì)46-48
- 4.3 溫度控制模塊設(shè)計(jì)48-49
- 4.4 光電信號(hào)檢測(cè)模塊49-50
- 4.5 TFT-LCD 顯示模塊50-52
- 5 溫度控制算法的研究52-63
- 5.1 PID 控制的基本原理52-54
- 5.2 增量式 PID 控制54-55
- 5.3 PID 控制算法的改進(jìn)55-56
- 5.4 基于遺傳算法的 PID 控制器參數(shù)整定56-59
- 5.5 基于粒子群算法的 PID 控制器參數(shù)整定59-63
- 6 實(shí)驗(yàn)和結(jié)論63-71
- 7 總結(jié)與展望71-73
- 致謝73-74
- 參考文獻(xiàn)74-76
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本文編號(hào):562108
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