一、螺旋通道微流控PCR芯片连续自动扩增DNA片段的研究（论文文献综述）
吴迪[1]（2021）在《核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置的研究及应用》文中研究表明病原体引起的传染性疾病,是威胁人类身体健康以及造成社会恐慌的主要因素,因此,对病原体传染病监测和防治的工作意义重大。在面对突发的未知病原体疫情时,如何做到快速而准确的筛查、鉴定以及追踪传染源,为研制相应的药物、疫苗以及挽回患者生命争取宝贵的时间,是一个重要的公共卫生问题。近年来,聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction,PCR）技术已经被广泛的应用于病原生物学的诊断中,此技术通过体外酶促合成特异性DNA实现生物体外的特异性DNA复制。这种可以将微量的DNA在短时间内大量复制的技术,具有特异性和灵敏度高、产率高、操作快速便捷以及重复性好等优势,被广泛应用于医疗检测、生物科研、食品安全监测、农产品检测等方面。传统的核酸检测流程,一般有采样、样本运输、实验室核酸提取、配制检测试剂、混入样本、送入核酸检测仪进行扩增、产物检测等多个步骤,整个流程耗时较长,且实验操作复杂,对环境及人员要求较高,难以满足病原体即时检测的需求。因此,开发体积小通量低的集成式一体化的PCR检测微装置,不仅可以防止交叉污染,还易于实验操作的进行,使得非专业人士也可以进行检测,从而不局限于专门的实验室和训练有素的实验室工作人员。本论文针对细菌等病原体的即时检测,通过研究了自压式气体扩散微泵、微腔式PCR扩增模块与连续流动式PCR扩增模块,提出了一种一体化PCR方法,并且设计了一种基于核酸提取扩增及检测一体化的PCR扩增新装置,将病原体遗传物质的提取、PCR扩增以及产物检测三部分集成为由程序控制的自动化体系,此方法免除了复杂的实验操作流程,节省了人力物力,提高了检测效率。本文主要开展了以下研究工作:对自压式气体扩散微泵进行了设计及实验研究,包括其三种末端模式,分别为基于材料透气性的自压式气体扩散微泵、基于毛细石英管流阻的自压式气体扩散微泵以及基于多倍拉伸毛细特氟龙管流阻的自压式气体扩散微泵。并且综合考虑流体管阻、芯片透气属性与流道几何形状之间的关系,基于菲克定律建立了自压式气体扩散微泵数学模型,为自压式气体扩散微泵实现流体在微管道内的长时间连续、稳定、匀速流动提供新型的控制机理,并实现了高温条件下的单相微流体在长管道中稳定传输与多相流体稳定传输控制。对PCR扩增微装置进行了研究,主要分为微腔式PCR微装置和连续流动式PCR微装置。基于聚合酶链式反应中的变性-退火-延伸三个基本反应步骤,设计并构建包括基于油浴加热的微腔式PCR微装置、片上恒温单热源连续流动式PCR微装置以及片外恒温单热源连续流动式PCR微装置等满足多场景应用的聚合酶链式反应体系,为PCR仪的小型化与高度集成化奠定了基础。并且基于利用帕尔贴效应的片外恒温单热源连续流动式PCR扩增方法设计并搭建了一套PCR原理样机,该样机利用自压式气体扩散微泵实现单相流体在微管道内的长时间匀速稳定流动,并利用半导体制冷片的帕尔贴效应以及陶瓷的导热特性实现了单一恒温热源,达到了体积小、功耗低的目标。研究并设计了一体化核酸预处理扩增检测的PCR微装置。该装置体积小、便携化、成本低、操作简单,可实现病原体自动化、高特异、高灵敏检测。研发了基于Chelex-100和蛋白酶K的DNA提取方法,结合高温以缩短操作时间,确定了各成分配比与高温时间的最优化分配方案。为满足不同使用场景,结合微流控芯片技术,研究了片上式和片外式的病原体检测方法,开展了病原体检测系列实验,对提取细菌和人类毛发等核酸的性能进行评价,实现了“sample-in-answerout”的检测目标。此外,微装置中的微型凝胶电泳产物检测模块不仅可以应用于病原体核酸扩增后的产物检测,还可以后续应用于流行病序列分析、追踪传染源、基因测序等方面。综上所述,本文针对PCR装置中的微泵模块、扩增模块,以及病原体的核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置的研究,简化了样本检测步骤,降低了样本检测时间,为生命科学的研究提供了一种新的分析方法。
冯攀[2]（2021）在《微腔式芯片数字PCR体系构建及在肺癌基因突变检测中的初步应用》文中研究表明肺癌基因突变的检测与精准定量在肺癌的诊断及靶向治疗中起重要作用。数字PCR（Digital PCR,dPCR）以其直接绝对定量、高灵敏特异和无需标准曲线及校准品等特点,在背景复杂的样本中鉴定稀有突变及微小丰度差异方面具有无可比拟的优势。目前商业化的dPCR系统存在依赖精密昂贵仪器、检测成本高、芯片工艺复杂等缺点,还未能广泛应用于临床检测。因此,亟需开发一种操作较为简易、费用低廉、结果判定简单的基因突变检测新方法。最近,课题组与重庆大学合作研发了一种低挥发“自分配”的d PCR芯片,该芯片以聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）为材料,具有成本低、制作简单的特点,能很好地完成绝对定量分析的检测目标。但前期研发的芯片仍存在依赖于商用d PCR试剂组分、微腔室数目较少、进样时间较长和油密封不充分等问题。因此,本研究拟构建一个自主经济的PCR扩增体系组分,并结合最近研发的新型十万目六边形微腔芯片（Novel 100,000 Hexagonal Microchamber Chip,NHMC）建立一种用于肺癌基因突变绝对定量的NHMC-dPCR平台,旨在为肺癌患者个性化治疗的用药指导、动态监测和非适用患者的排查提供更加简易、快速、经济的基因突变检测方法。【研究目的】构建可用于基因突变绝对定量分析的简易、经济、快速的微腔式芯片d PCR平台,为临床肿瘤患者基因突变检测提供新方法。【研究方法】1.肺癌EGFR基因突变扩增体系组分的设计和验证（1）根据EGFR G719S野生型和突变型序列设计实时荧光定量核酸扩增检测系统（Real-time Quantitative PCR Detecting System,q PCR）引物,并构建以p UC57为载体的含有目的序列的野生型质粒（p UC57-G719S W）和突变型质粒（p UC57-G719S M）。（2）采用锁核酸（Locked Nucleic Acid,LNA）和MGB双添加的Taq Man探针法根据EGFR G719S野生型和突变型序列筛选并合成相应的探针及引物;根据文献及前期实验基础在构建EGFR G719S突变扩增体系组分中添加适量比例的牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin,BSA）溶液,并分析所构建的野生型和突变型体系在芯片外进行q PCR的特异性、扩增效率、灵敏度及重复性。（3）以p UC57-G719S W和p UC57-G719S M为模板进行q PCR反应,优化其最佳参数,如退火温度、引物及探针的浓度。2.NHMC-d PCR平台的建立及在肺癌基因突变检测中的初步应用（1）结合前期芯片研究基础设计NHMC的图形化PDMS核心结构层的立体结构,并在NHMC的制备过程中添加适量比例的Triton X-100;将优化的EGFR G719S突变扩增体系组分应用于NHMC构建NHMC-d PCR检测平台,并在同等条件下与商用试剂进行比较。（2）根据L858R突变（EGFR突变）、KRAS codon12突变（KRAS密码子突变）和H19突变（长链非编码RNA突变）序列设计并合成相应的q PCR引物,并分别构建以p UC57为载体的含有以上目的序列的突变型质粒,作为待检测的干扰物质。（3）通过检测不同浓度梯度的EGFR G719S突变质粒、白蛋白标准液（血清主要物质）、L858R突变质粒、KRAS codon12突变质粒、H19突变质粒和以上物质的混合物,初步评估NHMC-d PCR平台的线性范围、特异性和抗干扰能力。（4）用NHMC-d PCR、DNA测序和液滴式数字PCR（Droplet Digital PCR,dd PCR）三种方法分别检测6例含有EGFR G719X突变（扩增阻滞突变系统测出）的肺癌组织标本,比较三种方法在临床样本检测中的一致性。【研究结果】1.肺癌EGFR基因突变扩增体系组分的设计和验证（1）根据EGFR G719S野生型和突变型序列设计合成了q PCR引物,并构建了p UC57-G719S W和p UC57-G719S M。（2）采用LNA和MGB双添加的Taq Man探针法设计的EGFR G719S野生型和突变型扩增体系组分特异性高、重复性好。在野生型体系中,p UC57-G719S W的标准曲线扩增效率为97%,而p UC57-G719S M为阴性;在突变型体系中,p UC57-G719S M的标准曲线扩增效率为94.18%,而p UC57-G719S W为阴性;构建的EGFR G719S扩增体系在芯片外进行q PCR的灵敏度为11 copies/μL。（3）EGFR G719S突变扩增体系优化后的最佳参数为:退火温度为56℃,引物及探针的浓度分别为0.9μmol/L和0.5μmol/L。2.NHMC-d PCR平台的建立及在肺癌基因突变检测中的初步应用（1）六棱柱空腔的设计使腔室数量提高至113 137,进样时间减少至5～30 s;除去制作芯片的时间,整个检测过程仅需1.5 h左右。并且进样管道设计的改变解决了由于PDMS真空作用不够导致的油密封不充分的问题。（2）在扩增体系组分中增添合适体积BSA同时在NHMC的配制过程中添加适当比例Triton X-100后,自主构建的EGFR G719S突变扩增体系在NHMC中的应用取得了与商用试剂在NHMC中扩增的同等效果,降低了试剂成本。（3）构建并鉴定了含有目的序列的L858R突变型质粒、KRAS codon12突变型质粒及H19突变质粒。（4）NHMC-d PCR检测EGFR G719S突变的线性范围为3.01×100～3.01×107copies/μL;检测值与期望值的线性方程为Y=0.725X-0.581,线性相关性R2=0.984。NHMC-d PCR检测白蛋白标准液、L858R突变质粒、KRAS codon12突变质粒和H19突变质粒4种干扰物均未发现阳性拷贝,检测G719S突变和其与4种干扰物混合的结果分别为23 194.4 copies和22 095.7 copies。（5）NHMC-d PCR、dd PCR和DNA测序三种方法检测6例临床样本的定性结果符合率为100%,其中2例由NHMC-d PCR定量的结果为1 822.4 copies和451.7 copies,其对应由dd PCR定量的结果为1 581.8 copies和218.3 copies。【结论】本研究建立的NHMC-d PCR平台在EGFR G719S突变检测中具有成本低、检测时间较短、操作简单、特异性好等优点,可用于肺癌基因突变的绝对定量分析。
范昭璇[3]（2021）在《喷墨打印技术与微流控技术的液滴生成及应用》文中研究表明液滴对生物和化学应用而言,是一种重要的技术工具。然而,从技术层面来看,液滴的生成仍然是一个巨大的挑战。因此,开发快速,便捷和高通量的液滴生成技术是非常必要的。微流控技术作为液滴生成的主流平台,已被广泛应用于各种领域。但其复杂的制作过程,高额的加工费用及对周围环境的苛刻要求限制了其广泛应用。近年来,喷墨打印技术因其简单、灵活、性价比高的特点被越来越多的科研人员采用。在本文中,我们采用了喷墨打印技术和微流控技术来生成微液滴,并将生成的液滴应用于材料合成和核酸检测。包括:（1）基于喷墨打印的超小MnO2纳米片合成用于检测谷胱甘肽。（2）基于喷墨打印的液滴数字LAMP检测人乳头瘤病毒16型。（3）基于微流控技术的液滴数字PCR检测循环肿瘤DNA。主要内容如下:（1）小尺寸的二氧化锰（MnO2）纳米片可以胜任传感应用,但其合成一般采用模板法或合成方式复杂。喷墨打印技术由于其稳定性、灵活性、经济性等优点,提供了一种通用的打印工具。本工作提出了一种喷墨打印方法生成液滴,并在液滴内快速合成超小型MnO2纳米片的方法。结果表明了喷墨打印法合成MnO2纳米片的可行性,并具有体积小、操作简便等优点。此外,在谷胱甘肽（GSH）的检测中,超小型MnO2纳米片的检测限（LOD）为0.26 μM,比典型的MnO2纳米片的灵敏度高40%左右。我们建立了一种喷墨打印方法,无需复杂的制造工艺,在短时间内获得了超小MnO2纳米片的方法。所提出的喷墨打印方法将促进超小MnO2纳米片在各个领域的应用前景,这种简便的方法可能为超小或超细纳米材料的合成开辟新的途径。（2）鉴于全球女性对健康的认识不断提高,以及最近宫颈癌疫苗的推出,预计HPV检测的采用率将提高。技术层面的进步推动了快速,廉价的HPV检测诊断工具的开发。然而,很少有研究使用喷墨打印和微流控结合的分子检测方法。这项工作中,我们开发了一种方法,将喷墨打印与微流控技术结合,以低成本且实用的形式执行液滴数字LAMP用于HPV16的检测。喷墨打印技术,一种简单的方法,可产生从皮升到纳升的可控制体积的单分散液滴。微流控芯片作为喷墨打印系统的液滴收集室,用于LAMP反应。我们相信,这种简单且低成本的液滴数字LAMP方法为快速定量其他HPV亚型提供了巨大的机会,并可以推广到细菌等其他病原体。（3）近年来微流控技术快速发展,并被用于开发分子诊断平台,其中数字PCR是目前最灵敏的核酸定量检测方法之一。在此,我们将微流控技术与液滴数字PCR（ddPCR）结合在一个一体化的集成微流控芯片上,该一体化的集成微流控芯片能够以流线的形式进行液滴产生、液滴孵育和结果检测三个步骤。该芯片采用流动聚焦几何设计,可以快速地产生直径为～30 μm的液滴,并能够在芯片内执行PCR反应。该方法已成功应用于量化循环肿瘤DNA（ctDNA）KRAS G13D,但它可以进一步扩展到任何其他癌症生物标志物。该一体化的集成微流控芯片价格低廉,使用方便,是一种很有应用前景的分子诊断工具。我们推测这个一体化的集成微流控芯片可以进一步扩展到POCT（point-of-care-test）相关应用,特别是在资源有限的地区。
尹居鑫[4]（2021）在《数字PCR微流控芯片的一体化及多重化方法的开发及应用》文中进行了进一步梳理基于微流控技术的数字PCR技术在近十年来发展迅速,由于其独特的优势及产业化前景,在癌症早期诊断,病原菌检测,产前诊断等领域得到了广泛应用。尽管数字PCR在精准定量方面表现出了突出优势,然而其集成化及多重化发展一直受到限制。数字PCR芯片的集成化可以实现“样本进-数字式-结果出”的精准定量方式,提高检测效率以及检测结果的准确性及稳定性。多重数字PCR有利于提高检测过程的高效性、经济性以及系统性。本论文围绕数字PCR芯片的集成化及多重化的方法进行了研究并开展了初步应用,主要研究内容如下（1）针对数字PCR的集成化发展,建立了快速核酸提取方法,开发了能够与数字PCR芯片集成的基于聚四氟乙烯管路的核酸提取系统。该系统以聚四氟乙烯管装载试剂,利用水油的两相界面张力结合高效的磁珠法核酸提取方式完成核酸提取。以PCR反应预混液作为洗脱体系,获得的核酸在洗脱完成后可以直接进入数字PCR芯片进行反应。以矿物油相进行界面分隔,在完成核酸提取后可以直接进入数字PCR芯片中进行物理分隔。该系统可以在5分钟内从细胞及血液中完成核酸提取并直接与数字PCR芯片相集成,从而对核酸分子进行精准定量,实现“样本进-数字式-结果出”检测方式,在核酸快速提取及数字PCR芯片的一体化集成方面具有重要的应用价值。（2）为了同时实现芯片的一体集成及多重检测,开发了集成核酸提取与多重数字RPA的微流控芯片并将其应用于多种病原菌的检测。利用磁珠法核酸提取方法及特殊的芯片设计,实现了利用单一油相完成核酸提取试剂的有效分隔。利用螺丝阀门及单独设计的进样口在数字RPA芯片上实现了 4种引物探针的预包埋。该芯片可以在15分钟内完成核酸提取,30分钟内实现扩增检测,整个检测过程仅需45分钟。利用该芯片本文成功从模拟样本（牛奶）中检测出3种病原菌,实现了“样本进-数字式-结果出”的检测方法。（3）为了进一步提高数字PCR芯片的多重检测性能,实现高阶的数字PCR检测并降低芯片的加工操作难度,本文开发了一款新型的多重数字PCR芯片。该芯片利用单独设计的进样口,基于自吸分液原理,无须任何外源的泵阀结构便可实现利用单色荧光完成6种靶标的数字PCR检测。芯片利用聚二甲基硅氧烷加工而成,具有六个检测区域和四层结构。利用已知浓度的标准品及实时数字PCR检测证明了芯片的精准定量性能。以5种EGFR突变位点标准品的检测结果并与商业化数字PCR仪进行结果比较,证明了芯片多重检测性能的准确性。最后,作为概念性验证,本文成功对15例肺癌病人的EGFR突变位点进行了检测,证明了该芯片具有潜在的临床检测价值。综上所述,本文围绕数字式微流控芯片的集成化及多重化开展了研究,开发了集成数字PCR芯片的核酸提取方法,实现了数字式检测芯片的一体集成及多重检测,开发了高阶的多重数字PCR芯片并进行了初步应用。
李彬[5]（2021）在《基于不同微流控体系的实时PCR装置光电检测系统研究》文中进行了进一步梳理本课题基于不同微流控体系的实时PCR装置进行荧光光电检测系统的研究。针对具有特殊设计的实时荧光定量PCR系统和数字PCR系统分别进行了研究实验和测试。实时荧光定量PCR系统基于帕尔帖半导体实现温度循环,这样的系统不允许连续拍摄。因此,从光电控制的角度出发,将普通PCR仪与智能手机/相机相结合,进行了光电反馈自动荧光检测系统的设计。该检测系统通过比较屏幕上选定像素区域的变化控制智能手机/相机拍照,并实现自动照片反馈。该方法大大提高了拍摄时间的准确性和照片的清晰度。使本不具备荧光检测能力的普通PCR仪获得了实时荧光定量PCR仪的功能。3D微流控芯片仅需单个加热源便可形成基因扩增所需的温度条件,这使得微滴生成装置不依赖昂贵的芯片。将CMOS图像传感器（CMOS相机）用作检测工具,能够获取整个温度循环区域或指定循环区域的荧光视频,配合视频处理软件能够全局监测PCR的各个阶段,获取基因各个阶段的扩增信息。芯片式数字PCR仪是目前应用最广泛的PCR设备。将上述3D微流控数字PCR荧光检测系统以适用低成本的数字PCR芯片温度循环平台为目标进行再设计和光学优化,得到了新的芯片式数字PCR荧光检测系统。实验证明该系统在核酸试剂的通用性方面要远高于商业化数字PCR系统。以上PCR系统在本课题的荧光检测系统的助力下实现了对灭活HBV血清样本的分析,并获得了与商用PCR仪相同的结果。在保持了稳定响应的同时大大减小了整个系统的尺寸和成本。
李文博[6]（2020）在《痰液中脱落细胞的单细胞芯片RT-PCR检测用于肺癌的诊断》文中研究表明肺癌是全世界最常见的癌症之一,其死亡率即使在恶性肿瘤中也居于前列。同时,肺癌通常发病隐匿,大部分患者确诊时已是晚期,5年生存率极低。因此,实现肺癌的早期检测对于肺癌早期诊断及肺癌高危人群筛查具有重要意义。基于微流控技术的液体活检是一种近年来兴起的肿瘤检测的有效手段。目前,基于微流控技术的液体活检研究主要集中于血液中血清肿瘤标志物检测及循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells,CTC）捕获与分析。但目前尚缺少特异性的肺癌血清肿瘤标志物,检测结果易出现假阳性和假阴性,因此血清肿瘤标志物检测仅作为癌症诊断的辅助手段,无法确诊。而从外周血中分离循环肿瘤细胞则面临外周血总量较大,循环肿瘤细胞数量微少,早期患者无CTC及细胞肿瘤标志物缺失的假阴性问题。痰液细胞学检查是呼吸系统疾病区别与其它组织器官疾病检测一种特有诊断手段,其检测具有无创伤、简便易行及可重复操作等优势。研究显示,在影像学可见实体瘤形成之前痰液中已经可以检测到癌细胞。基于此,本论文中,我们选用痰液作为微流控液体活检的分析对象,对痰液中的脱落肿瘤细胞进行高效分选和单细胞分析,从而为实现肺癌早期诊断以及肺癌高危人群的筛查提供一种新的方法。不同于以血液为目标的液体活检方法,以痰液为检测对象的液体活检手段面临特有的问题:一、痰液环境与血液环境不同,分离过程中主要的干扰细胞为免疫细胞（主要为粒细胞）与非肿瘤的上皮细胞（主要为柱状上皮细胞和鳞状上皮细胞）。二、不同于血液环境中肿瘤细胞与白细胞的区分,痰液环境中肿瘤细胞确认的关键是肿瘤细胞与非肿瘤的上皮细胞的区分。本论文研究内容将围绕解决这些问题展开。第一章为绪论,首先概述了目前微流控技术应用于液体活检进行肿瘤诊断的研究进展,其中表述了包括液体活检在内的常见的肿瘤检测的方式和微流控技术在液体活检中的优势。随后介绍了微流控技术应用于液体活检的研究现状,并总结了各种液体活检标志物分子的优势和不足;最后介绍了芯片单细胞RT-PCR的意义和应用。第二章为痰液中脱落肿瘤细胞的单细胞RT-PCR检测用于肺癌诊断。在该章中我们借鉴外周血中循环肿瘤细胞的分选和捕获策略,通过设计高通量的螺旋芯片和微孔芯片实现痰液特有复杂环境中脱落肿瘤细胞分选与单细胞捕获。针对痰液环境中特有的肿瘤细胞与上皮细胞区分难题,我们提出并实现了利用肿瘤细胞功能相关标志物TERT和HK-2进行单细胞RT-PCR检测,实现了痰液环境中肿瘤细胞与正常上皮细胞的区分,为痰液中肿瘤细胞的确认提供一种可行的方案。由此,我们实现了通过痰液中脱落肿瘤细胞功能相关标志物的单细胞RT-PCR检测进行肺癌检测。
纪银环[7]（2019）在《基于微流控技术的液滴PCR扩增检测方法研究》文中研究表明作为一门新型的交叉学科,微流控技术（Microfludics）借助微机电、微系统、及微纳米技术来研究微尺度环境下的流体、颗粒乃至各类生物分子的物理、及生化反应过程。微流控液滴技术是微流控技术的一个子类,通过在微流控芯片的微通道中,利用多相流体不同的物理化学特性,实现微液滴反应单元的产生、流动、反应、分析、筛选以及检测等操作步骤,产生的微反应单元之间相互分离且互不相融,提供了一种由宏观到微观的反应与检测模式。基于微流控技术的液滴PCR（Polymerase chain reaction）扩增检测,将核酸分子包裹于独立的液滴反应单元中,可以实现PCR扩增高通量检测,其具有检测准确度高、试剂消耗量少、检测时间短等显着优点。作为基因分析的重要技术手段之一,微流控液滴PCR技术已广泛受到关注。本文研究了微流控芯片液滴生成技术,基于十字交叉油包水原理设计并制作了能够在短时间生成大量均匀、稳定液滴的液滴生成芯片。研究搭建了可以在计算机上进行流体驱动控制的液滴生成平台,并针对芯片物理结构、流体驱动参数等关键因素进行了分析与讨论,优化了 PCR扩增的液滴生成芯片设计;研究并实现了可靠稳定的液滴扩增芯片,对扩增芯片的热循环稳定性进行了测试验证。针对微流控液滴芯片,研究设计了与之配套的微流控液滴PCR扩增检测系统,实现了功能全面的上位机软件,包括UI（User Interface）交互、PCR热循环温度控制、图像检测等功能,设计了下位机温度控制算法及相关软件,保证了热循环控温的准确高效。最后对微流控液滴PCR扩增检测装置进行了系统集成与功能验证,基于微流控芯片与临床生物样本,利用微流控液滴生成平台,生成含有临床样本的液滴,然后将液滴转移至液滴扩增芯片中,将液滴扩增芯片放置在液滴PCR扩增检测装置上进行PCR热循环,扩增结束后,用荧光相机采集液滴荧光信号,并使用图像分析方法对液滴进行识别与判读。本文系统研究了液滴PCR中的关键技术,尤其是液滴生成、PCR扩增、及检测三个重要部分,构建了高集成度的检测系统,实现了液滴PCR扩增与检测,为下一步液滴数字PCR绝对定量检测打下了研究基础。
刘文佳[8]（2018）在《以碳纳米管为传热介质的红外加热便携式PCR平台的开发与应用研究》文中指出即时诊断（Point-Of-Care Testing,POCT）首次出现于20世纪90年代,是属于体外诊断器械的一个细分行业。由于其关注病人身边的及时快速检测,所以也常被称为床旁检测、分散检验、现场替代检测等。2016年9月,Yole Développement公司在年度分析报告中,将“即时诊断”这个概念更新为“即时需求诊断（Point-of-Need Testing,PoNT）”。与即时诊断相比,即使需求诊断包含了更大的检测范围,除了人类疾病相关的检测,也包括兽医检验、工业检验（油、气体以及化学品等）、农业食品检测（奶制品、食品、饮料、庄稼等）、环境监测（水质监控和细菌检测等）和法医学等领域。微流控（Microfluidics）技术是一种依托于现代微加工工艺,在微米尺度下的处理和操纵微流体的技术手段。这种技术可实现采样、稀释、加试剂、分离、检测等实验步骤并可将各种生化反应集成在几平方厘米或更小的芯片上,从而减少样品和试剂的消耗、提高检测灵敏度、缩短反应时间并降低平均成本。微流控技术的核心是高度集成、微型化的芯片,该技术可满足从生物小分子到细胞等不同尺度对象的检测需求,并通过在后端耦合光、电、热等形式的检测器和读数装置,实现检测流程的自动化和检测结果的信息化。基于微流控技术的诊断仪器的微型化、集成化、自动化的特性,高度切合PoNT的发展需求,对优化临床检测具有重要意义。近年来已日渐成为PoNT领域的研究热点和核心技术。PCR芯片就是在这种趋势下诞生的。PCR芯片不只是微流控芯片的一个应用,其样本驱动、温度控制和信号检测等功能需要结合微机电系统（MEMS,MicroElectro-Mechanical System）的技术,尤其是在便携式的PCR检测设备中。本文探索了利用多壁碳纳米管作为传热介质并结合红外LED作为便携式PCR仪加热方式的可行性,开发了三套PCR平台及其配套的微流控芯片与PCR产物检测方法。在这三套平台中,主要控制原理均是通过PID算法和脉冲宽度调制技术控制红外LED的电压信号从而调节红外LED输出功率的大小从而调节升温的快慢,而降温控制和PCR产物的检测方式各不相同。在红外激发的导热油与碳纳米管循环流动PCR平台中（IR mediated Conducting Oil and CarbOn Nanotube circUlaTing PCR,IRCOCONUT PCR）,我们设计了多层的微流控芯片,利用铜箔对导热油层和PCR腔室层进行传热,降温过程通过PID算法和脉冲宽度调制技术控制蠕动泵的转速从而将芯片内高温的导热油用油箱里低温的导热油取代实现降温功能。在这部分试验中,我们利用HPV 16型作为演示,对IR-COCONUT PCR平台的性能进行了验证。试验表明,IRCOCONUT PCR平台升温速度可以达到1.5°C/s,降温速度可以达到-2.0°C/s,与商用PCR仪性能相当。随后,为了减少样本测量中的人工操作,我们设计了与微流控芯片配套的缓冲液芯片、层流分析试纸条以及层流分析试纸条支架。最终,我们利用IR-COCONUT PCR平台、微流控芯片和层流分析试纸条,在50分钟之内完成30个温度循环并在25分钟之内实现目标产物的快速检测。在第二个红外PCR平台中,我们利用了3D打印设计了底部有微腔室的微流控芯片,该芯片可以在一次进样后将样本分区并保证各分区间没有交叉污染。同时,与IR-COCONUT平台中的微流控芯片不同的是,在底部有微腔室的微流控芯片中,导热油与样本是直接接触的。在与之配套的PCR平台中,我们设计了用于荧光检测的光路支架:支架上方为红外LED,用于对主通道中的导热油与碳纳米管进行加热,支架下方为蓝光LED、滤光片以及CCD摄像头,用于对PCR产物的荧光信号进行检测,支架侧方为USB风扇,通过PID算法和脉冲宽度调制技术控制风扇的转速从而对芯片进行对流降温。随后,我们利用Ansys对微腔室的结构尺寸以及传热进行了仿真模拟并优化了微流控芯片的设计。该红外PCR平台和PDMS微流控芯片升温速度可以达到2.5°C/s,降温速度为-0.9°C/s,可在90分钟内完成40个循环。通过CCD摄像头在每个循环延伸结束时采集荧光照片,随后通过软件去掉背景光等干扰,可以成功检测病人HPV 3种亚型的感染情况。最后我们开发了红外激发的RNA恒温扩增PCR平台（IR MEdiated RNA Isothermal RT-PCR,IR-MERIT PCR）,该平台主要由三个模块组成:温度控制模块、荧光检测模块和定位模块。由于该平台用于恒温扩增,因此只需利用PID算法和PWM信号控制红外LED即可实现控温功能,而不再需要实现降温功能的硬件。我们利用3D打印制作了定位模块的主要部件,可灵活得实现多腔室荧光信号的采集。我们还利用图案化的材料制作了具有三维通道结构的微流控芯片,这种制作方式更便于集成微泵、微混合器以及微阀等功能。最后,我们利用IR-MERIT PCR、微流控芯片以及光电二极管实现了沙眼衣原体、解脲脲原体以及生殖支原体三种疾病的同时检测。我们设计的三套PCR平台及其配套的微流控芯片展示了其在现场和即时需求诊断领域对基因或传染病的快速检测能力,对设计、制作小型化的便携检测仪器提供了技术方案。
郭盛[9]（2018）在《基于Android的嵌入式微流控PCR系统设计与实现》文中进行了进一步梳理基因扩增分子诊断技术具有灵敏度高、特异性好、技术成熟等特点,被广泛应用于体外诊断领域。自1985年PCR（Polymerase Chain Reaction）技术发明以来,研究者不断以减少热循环所需的反应时间、降低仪器复杂度、简化检测操作等为目标对PCR仪器进行改进优化。微全分析系统概念的提出,催生了一系列PCR相关的“芯片实验室”研究。以微流控芯片技术为基础,配合不同的微流控芯片类型,设计不同的功能模块,并把功能模块进行微型化、集成化,成为新一代PCR技术的研究热点,极大地促进了微流控PCR技术的发展。为了解决传统PCR设备结构复杂,难以携带,反应速率慢,应用场景受限等问题,论文研究了微流控PCR系统的基本工作原理,设计了集成温度控制、PCR扩增、荧光采集分析等功能于一体的基于Android系统的嵌入式微流控PCR系统。设计从系统的独立性以及完整性出发,以iTOP-4418开发板为主要硬件平台,移植了Android系统作为软件平台,通过可充电锂电池独立供电,在开发板上搭建人机交互平台控制系统运行。在温度控制方面,通过接触式加热的方式,采用Pt加热器加热,通过小型风扇散热,通过增量式PID算法进行温度调整,最大升温速率可达30°C/s,最大降温速率可达10°C/s,大大降低了反应时间;在荧光检测方面,基于二向色镜、滤光片等光学器件设计简单紧凑的光学结构,并基于LED、CMOS检测器等器件设计了荧光检测模块,通过荧光分析法实现高灵敏度的实时荧光检测。针对野外现场等对检测速率要求更高的场景,在图像处理算法中加入了可选的智能判断功能,可自动识别热循环过程的阳性反应并停止程序,可进一步减少反应时间。整个系统不需要依赖外接设备（电源、计算机）也可正常运行,并且易于携带,可应用到简单医疗机构、偏远地区以及野外现场等诊疗设施较为简陋的环境,极大地扩展了PCR检测技术的应用场景和范围。论文分别对3种不同的试剂进行PCR扩增以及检测,并与传统PCR仪进行对比。实验结果表明,本课题设计的系统在保证与传统PCR仪器基本一致的检测准确度的基础上,大幅度减少了总反应时间,提高了检测的灵敏度,实现了更加快速的PCR扩增与检测,促进了PCR技术在快速现场检测方面的发展。
何昱[10]（2017）在《螺旋式变截面微流控PCR芯片关键技术研究》文中指出本文通过研究分析聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）和微流控芯片技术的特点,结合现有各PCR分析仪的结构特征,设计出了优势明显的螺旋连续流式、截面可变的微流控PCR芯片。仿真分析了芯片流道的相关参数,完成了芯片的制备。最后通过PCR扩增实验检验了芯片的性能。主要工作如下:1、设计螺旋连续流式变截面微流控PCR芯片。根据微流控芯片技术特点,结合PCR扩增反应原理,设计出了平面螺旋连续流式截面可变的微流控芯片,该芯片由基片和盖片两部分组成,尺寸在厘米级,流道由内向外呈螺旋式排布,深度保持不变,宽度逐渐变小,尺寸在微米级。仿真比较了PDMS-PDMS和PDMS-玻璃两种材料的温度分布,得出PDMS-PDMS材料温区间热辐射效应较小。根据每圈流道流体量相等的原理,推算了截面的变化数值。2、利用COMSOL软件,仿真分析了变截面微流控PCR芯片流道的相关参数。通过建立等效模型仿真微通道中流体传热速率,结果显示微尺度下的流体传热速率非常迅速,所需时间在毫秒级。同时,对本文设计的流道结构进行了压力与速度仿真。主要研究了当温度、初始速度和流道横截面变化时对应的压力和速度变化情况,仿真结果表明理想状态下的微流体流动,压力的变化主要与速度有关,温度的影响小,速度主要与流道横截面有关。3、研究了PCR芯片的制备工艺和反应体系的搭建。主要分析了PDMS聚合物的物理和化学特性,并研究了微流控PDMS芯片的制备工艺,主要包括硅阳膜的制备、PDMS固化、PDMS流道的表面改性和钝化以及PDMS-PDMS的键合。完成了温控系统、反应芯片部分和反应液注入系统的搭建,优化了各搭建部件的连接方案,并分析研究了温度控制、反应时间、注入速度等实验参数。4、完成了微流控PCR芯片的性能检测,主要包括流动性能和PCR扩增性能。并通过实验检测,得出在25μl体系中加入4μg PVP可以实现PCR扩增,最后实现了完成30个扩增循环用时仅需16.7min。
二、螺旋通道微流控PCR芯片连续自动扩增DNA片段的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、螺旋通道微流控PCR芯片连续自动扩增DNA片段的研究（论文提纲范文）
（1）核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置的研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 PCR技术的发展 |
| 1.1.2 微流控技术的发展 |
| 1.2 研究进展及现状分析 |
| 1.2.1 微流体控制技术 |
| 1.2.2 集成式PCR方法 |
| 1.2.3 核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 1.4 本论文章节安排 |
| 第2章 PCR技术中的流体自发传输 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 自压式气体扩散微泵的流体传输原理 |
| 2.2.1 基于材料透气性的微泵流体传输原理 |
| 2.2.2 基于毛细管流阻的微泵流体传输原理 |
| 2.3 自压式气体扩散微泵的设计与搭建 |
| 2.3.1 基于材料透气性的自压式气体扩散微泵 |
| 2.3.2 基于毛细管流阻的自压式气体扩散微泵 |
| 2.4 实验设计及操作 |
| 2.4.1 基于材料透气性的微泵搭建 |
| 2.4.2 基于毛细管流阻的微泵搭建 |
| 2.5 结果与讨论 |
| 2.5.1 基于材料透气性的微泵流体传输性能 |
| 2.5.2 基于毛细石英管流阻的微泵流体传输性能 |
| 2.5.3 基于多倍拉伸毛细特氟龙管流阻的微泵流体传输性能 |
| 2.5.4 微液滴的自动生成与传输 |
| 2.5.5 高温下微流体长距离稳定传输 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于油浴控温的微腔式PCR微装置设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微装置的结构及设计 |
| 3.2.1 微装置的搭建 |
| 3.2.2 微装置操作流程 |
| 3.3 材料与方法 |
| 3.3.1 实验设备 |
| 3.3.2 实验试剂与耗材 |
| 3.3.3 实验方案 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 PCR微装置的温度控制 |
| 3.4.2 PCR质粒检测 |
| 3.4.3 PCR细菌检测 |
| 3.4.4 不同管径PCR检测效率 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 恒温单热源连续流动PCR微装置设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微装置的控温原理及操作 |
| 4.2.1 温度控制方案 |
| 4.2.2 进样方法 |
| 4.3 微装置的搭建 |
| 4.3.1 片上式单一热源分区加热CF-PCR微装置 |
| 4.3.2 片外式单一热源CF-PCR微装置 |
| 4.3.3 基于帕尔贴效应的片外式CF-PCR微装置 |
| 4.4 材料与方法 |
| 4.4.1 实验设备、试剂与耗材与引物设计 |
| 4.4.2 实验样品准备 |
| 4.4.3 PCR反应实验与产物检测 |
| 4.5 结果与讨论 |
| 4.5.1 片上式CF-PCR微装置病原体检测 |
| 4.5.2 基于PDMS传热的片外式CF-PCR微装置病原体检测 |
| 4.5.3 基于帕尔贴效应CF-PCR微装置温度控制及病原体检测 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微装置的方案选择 |
| 5.2.1 基于Chelex-100 法核酸预处理方法 |
| 5.2.2 产物检测微型电泳模块的搭建 |
| 5.2.3 片上式一体化PCR微装置 |
| 5.2.4 片外式一体化PCR微装置 |
| 5.3 材料与方法 |
| 5.3.1 实验设备 |
| 5.3.2 实验试剂与耗材 |
| 5.3.3 实验样品准备 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 Chelex-100 法预处理结果 |
| 5.4.2 片上式一体化PCR微装置病原体检测 |
| 5.4.3 片外式一体化PCR微装置病原体检测 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）微腔式芯片数字PCR体系构建及在肺癌基因突变检测中的初步应用（论文提纲范文）
| 缩略语表 |
| Abstract |
| 摘要 |
| 第一章 前言 |
| 第二章 肺癌EGFR基因突变扩增体系组分的设计和验证 |
| 2.1 材料与方法 |
| 2.2 实验结果 |
| 2.3 讨论 |
| 第三章 NHMC-dPCR平台的建立及其在肺癌基因突变检测中的初步应用 |
| 3.1 材料与方法 |
| 3.2 实验结果 |
| 3.3 讨论 |
| 全文总结与展望 |
| 参考文献 |
| 文献综述 数字PCR技术在临床检测中的应用进展 |
| 参考文献 |
| 在读期间的研究成果 |
| 致谢 |
（3）喷墨打印技术与微流控技术的液滴生成及应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写清单 |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 液滴技术 |
| 2.2 微液滴生成的被动方式 |
| 2.2.1 微流控技术 |
| 2.2.2 微流控技术生成液滴 |
| 2.3 微液滴生成的主动方式 |
| 2.4 液滴的应用 |
| 2.4.1 核酸检测 |
| 2.4.2 材料合成 |
| 2.4.3 蛋白质结晶 |
| 2.4.4 细胞研究 |
| 3 基于喷墨打印技术的超小MnO_2纳米片的合成用于检测谷胱甘肽 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 材料与试剂 |
| 3.2.2 设备仪器 |
| 3.2.3 喷墨打印微芯片的预处理 |
| 3.2.4 MnO_2纳米片的制备 |
| 3.2.5 碳量子点的制备 |
| 3.2.6 谷胱甘肽的荧光检测 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 喷墨打印法合成超小MnO_2纳米片 |
| 3.3.2 谷胱甘肽的荧光检测 |
| 3.3.3 谷胱甘肽检测的选择性 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于喷墨打印的液滴数字LAMP检测人乳头瘤病毒16型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 设备 |
| 4.2.2 DNA提取 |
| 4.2.3 微流控芯片的制造 |
| 4.2.4 LAMP引物 |
| 4.2.5 喷墨打印芯片的预处理与组装 |
| 4.2.6 液滴数字LAMP |
| 4.2.7 LAMP反应的可行性 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 喷墨打印离散液滴 |
| 4.3.2 影响液滴尺寸的因素 |
| 4.3.3 LAMP反应的可行性 |
| 4.3.4 HPV 16的检测 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于微流控技术的液滴数字PCR检测循环肿瘤DNA |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 微流控芯片的设计与制造 |
| 5.2.2 液滴数字PCR的准备 |
| 5.2.3 实时荧光定量PCR检测ctDNA |
| 5.2.4 qPCR标准曲线的建立 |
| 5.2.5 液滴的产生和液滴数字PCR |
| 5.2.6 液滴数字PCR热循环装置 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 集成微流控芯片的表征 |
| 5.3.2 集成微流控芯片的液滴生成 |
| 5.3.3 影响液滴生成的因素 |
| 5.3.4 液滴数字PCR结果 |
| 5.3.5 qPCR标准曲线的建立 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）数字PCR微流控芯片的一体化及多重化方法的开发及应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 基于微流控系统的核酸提取 |
| 1.1.1 磁珠法核酸提取 |
| 1.1.2 二氧化硅原位提取 |
| 1.1.3 纸基核酸提取 |
| 1.1.4 其它核酸提取方法 |
| 1.2 基于微流控芯片的核酸扩增 |
| 1.2.1 数字PCR |
| 1.2.2 环介导等温核酸扩增 |
| 1.2.3 重组聚合酶扩增 |
| 1.3 多功能集成式微流控芯片 |
| 1.3.1 样品进-结果出式芯片 |
| 1.3.2 样品进-数字式-结果出式芯片 |
| 1.4 本论文的研究意义与研究内容 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 2 一种用于集成数字PCR芯片的快速核酸提取系统 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料及仪器 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 实验仪器 |
| 2.3 实验方法 |
| 2.3.1 PNE系统的组成及验证 |
| 2.3.2 数字PCR芯片的加工 |
| 2.3.3 PNE系统与数字PCR芯片集成 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 PNE系统的装载及提取过程 |
| 2.4.2 PNE系统核酸提取的回收率及完整性 |
| 2.4.3 PNE系统在细胞及血液中的核酸提取效果 |
| 2.4.4 集成芯片式数字PCR芯片 |
| 2.4.5 集成液滴数字PCR芯片 |
| 2.5 小结 |
| 3 一体化多重数字RPA检测系统用于病原菌的快速检测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验材料 |
| 3.2.1 实验仪器与装置 |
| 3.2.2 实验耗材与试剂 |
| 3.3 实验方法 |
| 3.3.1 芯片设计与加工 |
| 3.3.2 芯片中反应组分冻干 |
| 3.3.3 核酸提取与数字RPA |
| 3.3.4 细菌检测及结果读取 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 芯片的工作流程及结构 |
| 3.4.2 核酸提取 |
| 3.4.3 多重数字RPA |
| 3.5 小结 |
| 4 新型多重数字PCR芯片的研制及在肺癌EGFR突变位点中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验材料 |
| 4.2.1 实验仪器与装置 |
| 4.2.2 实验耗材与试剂 |
| 4.3 实验方法 |
| 4.3.1 芯片的设计与加工 |
| 4.3.2 多重数字PCR芯片操作 |
| 4.3.3 循环肿瘤DNA提取 |
| 4.3.4 数字PCR及数据分析 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 多重数字PCR芯片的设计与测试 |
| 4.4.2 反应组分预包埋 |
| 4.4.3 样品引入 |
| 4.4.4 芯片定量能力及实时检测 |
| 4.4.5 多重检测EGFR突变 |
| 4.4.6 临床样本测试 |
| 4.5 小结 |
| 5 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间成果 |
（5）基于不同微流控体系的实时PCR装置光电检测系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 微流控技术的发展与应用 |
| 1.2.1 微流控技术发展概述 |
| 1.2.2 微流控技术的应用 |
| 1.3 PCR技术的发展 |
| 1.3.1 数字PCR分类 |
| 1.3.2 数字PCR应用 |
| 1.4 研究内容 |
| 第2章 方法分析与元件选择 |
| 2.1 PCR芯片产物检测方法 |
| 2.2 荧光检测光路 |
| 2.2.1 正交型 |
| 2.2.2 非共焦型 |
| 2.2.3 共聚焦型 |
| 2.2.4 平行型 |
| 2.3 常见荧光检测系统 |
| 2.3.1 以发光二极管为激发光源的荧光检测系统 |
| 2.3.2 采用激光为激发光源的荧光检测系统 |
| 2.3.3 其他荧光检测系统 |
| 2.4 激发光源选择 |
| 2.5 光路选择 |
| 2.6 滤光片选择 |
| 2.7 成像传感器选择 |
| 第3章 系统搭建与实验准备 |
| 3.1 基于硅片与小型加热器的实时荧光定量PCR荧光检测系统设计 |
| 3.1.1 温度循环系统搭建 |
| 3.1.2 使用不同品牌的相机和智能手机进行荧光成像。 |
| 3.1.3 自动光反馈脚本设计 |
| 3.1.3.1 根据监控屏幕内单个像素点颜色变化进行拍照 |
| 3.1.3.2 使用按键精灵实时对比图像变化进行拍照 |
| 3.2 基于单一恒温热源的3D连续流动式数字PCR荧光检测系统设计 |
| 3.2.1 温度循环系统搭建 |
| 3.2.1.1 基于单螺旋3D微流控芯片的数字PCR装置 |
| 3.2.1.2 基于双螺旋3D微流控芯片的数字PCR装置 |
| 3.2.2 荧光检测系统搭建 |
| 3.3 基于微孔式d PCR芯片的数字PCR荧光检测系统设计 |
| 3.3.1 温度循环系统搭建 |
| 3.3.2 荧光检测系统搭建 |
| 3.4 实验试剂制备 |
| 3.4.1 实时荧光定量PCR系统检测试剂 |
| 3.4.2 数字PCR系统检测试剂 |
| 3.5 熔解曲线分析 |
| 3.6 数字PCR浓度计算 |
| 第4章 实验结果分析 |
| 4.1 基于硅片与小型加热器的实时荧光定量PCR系统验证 |
| 4.2 基于单一恒温热源的连续流动式数字PCR系统验证 |
| 4.2.1 基于单螺旋微流控芯片的数字PCR系统验证 |
| 4.2.2 基于双螺旋微流控芯片的数字PCR系统验证 |
| 4.3 基于微孔式d PCR芯片的数字PCR系统验证 |
| 第5章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）痰液中脱落细胞的单细胞芯片RT-PCR检测用于肺癌的诊断（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号与缩写 |
| 第一章 绪论 |
| 1.微流控技术应用于液体活检进行肿瘤诊断 |
| 1.1 常见的肿瘤检测方法 |
| 1.1.1 影像学 |
| 1.1.2 肿瘤活检 |
| 1.1.3 液体活检 |
| 1.2 微流控技术在液体活检中的优势 |
| 1.3 微流控技术应用于液体活检的研究现状 |
| 1.3.1 微流控技术用于CTC检测 |
| 1.3.2 微流控技术用于外泌体检测 |
| 1.3.3 微流控技术用于ctDNA检测 |
| 2.基于微流控芯片的单细胞RT-PCR |
| 2.1 芯片单细胞RT-PCR的意义 |
| 2.2 芯片单细胞RT-PCR的应用 |
| 2.2.1 微室RT-PCR芯片的应用 |
| 2.2.2 连续流RT-PCR芯片的应用 |
| 第二章 痰液中脱落细胞的单细胞芯片RT-PCR检测用于肺癌诊断 |
| 1.引言 |
| 2.实验部分 |
| 2.1 实验材料与仪器 |
| 2.1.1 试剂 |
| 2.1.2 仪器 |
| 2.2 芯片设计与制造 |
| 2.2.1 芯片设计 |
| 2.2.2 垫圈的设计与制造 |
| 2.3 细胞培养 |
| 2.4 组织单细胞悬液制备 |
| 2.5 病人样品初处理 |
| 2.6 基于螺旋芯片的细胞分离 |
| 2.7 基于微孔芯片的单细胞捕获 |
| 2.8 RT-PCR用于单细胞检测 |
| 3.结果与讨论 |
| 3.1 实验设计原理 |
| 3.2 螺旋芯片用于肿瘤细胞的分选 |
| 3.2.1 螺旋芯片流速的确定 |
| 3.2.2 螺旋芯片回收率和分选纯度的确定 |
| 3.3 微孔芯片的单细胞孔捕获 |
| 3.3.1 评估微孔芯片加载细胞的能力 |
| 3.3.2 微孔芯片用于痰液中单细胞捕获 |
| 3.4 利用功能性标志物TERT、HK-2 确定肿瘤细胞 |
| 3.5 非小细胞肺癌患者的确认 |
| 4.总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）基于微流控技术的液滴PCR扩增检测方法研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 微流控液滴PCR技术研究背景及意义 |
| 1.1.1 微流控技术介绍 |
| 1.1.2 聚合酶链式反应介绍 |
| 1.1.3 微流控液滴技术介绍 |
| 1.1.4 液滴PCR介绍 |
| 1.2 微流控液滴PCR技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 微流控液滴生成技术研究现状 |
| 1.2.2 微流控液滴PCR扩增技术研究现状 |
| 1.2.3 微流控液滴检测技术研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 第二章 微流控液滴PCR芯片研究及实现 |
| 2.1 液滴生成芯片原理与设计 |
| 2.1.1 液滴生成原理 |
| 2.1.2 液滴生成芯片设计 |
| 2.2 液滴生成芯片的制作 |
| 2.2.1 液滴生成芯片材料的选择 |
| 2.2.2 液滴生成芯片掩膜版的制作 |
| 2.2.3 光刻法制作SU-8环氧树脂 |
| 2.2.4 测量光刻SU-8环氧树脂膜厚度 |
| 2.2.5 制作液滴PDMS微流控芯片 |
| 2.3 液滴生成平台搭建及实验操作 |
| 2.3.1 液滴生成平台的搭建 |
| 2.3.2 液滴生成试剂配置 |
| 2.3.3 液滴生成实验操作 |
| 2.3.4 液滴生成过程操作及结果验证 |
| 2.4 液滴扩增芯片设计及实现 |
| 2.4.1 液滴扩增芯片设计 |
| 2.4.2 液滴扩增芯片材料选择 |
| 2.4.3 液滴扩增芯片制作 |
| 2.4.4 液滴扩增芯片测试与性能验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微流控液滴PCR扩增检测嵌入式硬件设计 |
| 3.1 液滴PCR扩增检测系统框架 |
| 3.2 液滴PCR热循环温度控制系统设计 |
| 3.2.1 系统框架 |
| 3.2.2 电源管理模块 |
| 3.2.3 主控单元 |
| 3.2.4 温度采集及调节模块 |
| 3.2.5 通讯单元 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 微流控液滴PCR扩增检测系统算法与软件研究及实现 |
| 4.1 液滴PCR扩增检测平台控制软件框架 |
| 4.2 液滴PCR扩增检测平台的上位机软件设计与实现 |
| 4.2.1 液滴PCR扩增检测系统人机界面 |
| 4.2.2 液滴PCR热循环温度控制 |
| 4.2.3 液滴PCR扩增检测系统图像检测 |
| 4.3 液滴PCR热循环温度控制研究 |
| 4.3.1 液滴PCR热循环温度控制算法研究 |
| 4.3.2 液滴PCR热循环温度控制器参数整定 |
| 4.4 液滴PCR扩增检测系统多级通讯 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 微流控液滴PCR扩增检测装置系统集成与功能验证 |
| 5.1 系统整体机械结构 |
| 5.2 微流控液滴PCR扩增检测系统实现 |
| 5.2.1 系统加热与控温实现 |
| 5.2.2 荧光激发与采集实现 |
| 5.3 微流控液滴PCR扩增检测装置实验测试与功能验证 |
| 5.3.1 微流控液滴PCR扩增检测装置集成 |
| 5.3.2 液滴PCR扩增检测装置实验 |
| 5.3.3 微流控液滴PCR扩增检测装置功能验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者及导师介绍 |
| 附件 |
（8）以碳纳米管为传热介质的红外加热便携式PCR平台的开发与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 即时诊断的必要性 |
| 1.3 PCR芯片技术 |
| 1.3.1 PCR芯片常用材料 |
| 1.3.2 PCR芯片分类 |
| 1.3.3 PCR芯片中扩增产物的检测和分析 |
| 1.3.4 PCR芯片研究现状 |
| 1.4 纸基材料的PCR功能性实现 |
| 1.4.1 样本前处理 |
| 1.4.2 全血过滤 |
| 1.4.3 核酸提取和纯化 |
| 1.4.4 核酸扩增和检测 |
| 1.4.5 集成化的“样本-结果”检测装置 |
| 1.5 样本分区的功能性实现 |
| 1.5.1 样本分区的好处 |
| 1.5.2 样本分区的方法 |
| 1.5.3 样本分区的应用 |
| 1.6 本论文的结构及主要研究内容 |
| 1.7 本论文的创新点 |
| 第二章 基于纸基芯片与微流控芯片联用检测的红外PCR便携平台 |
| 2.1 引言 |
| 2.1.1 纸基微流控芯片的概念 |
| 2.1.2 纸基微流控的图案化制作 |
| 2.1.3 纸基微流控与微流控设备联用 |
| 2.2 试验部分 |
| 2.2.1 试验材料及试剂 |
| 2.2.2 微流控芯片加工 |
| 2.2.3 IR-COCONUT PCR平台构建 |
| 2.2.4 PCR反应 |
| 2.2.5 层流分析试纸条制备与检测 |
| 2.2.6 数据采集处理 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 PCR反应条件优化 |
| 2.3.2 微流控芯片的优化 |
| 2.3.3 IR-COCONUT PCR系统性能优化 |
| 2.3.4 IR-COCONUT PCR和传统台式PCR性能对比 |
| 2.3.5 层流试纸条测量与优化 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于底部有微腔室的微流控芯片与CCD荧光检测联用的红外PCR便携平台 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 试验部分 |
| 3.2.1 试验材料及试剂 |
| 3.2.2 微流控芯片设计与加工 |
| 3.2.3 红外PCR平台构建 |
| 3.2.4 PCR反应 |
| 3.2.5 样本离散情况与传热分析的三维模拟仿真 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 微腔室尺寸结构对样本离散的仿真分析 |
| 3.3.2 微腔室尺寸结构对传热的仿真分析 |
| 3.3.3 HPV的荧光检测结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于多壁碳纳米管加热片的恒温扩增检测平台 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 指数式扩增 |
| 4.1.2 线性扩增 |
| 4.1.3 串联扩增 |
| 4.2 试验部分 |
| 4.2.1 试验材料及试剂 |
| 4.2.2 微流控芯片设计与加工 |
| 4.2.3 红外恒温扩增检测平台构建 |
| 4.2.4 样本预处理与RNA恒温扩增 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 微泵、微混合器以及微阀功能在芯片上的集成 |
| 4.3.2 恒温扩增荧光信号检测 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 基于纸基芯片与微流控芯片联用检测的红外PCR便携平台 |
| 5.2 基于底部有微腔室的微流控芯片与CCD荧光检测联用的红外PCR便携平台 |
| 5.3 基于多壁碳纳米管加热片的恒温扩增检测平台 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
（9）基于Android的嵌入式微流控PCR系统设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 技术背景 |
| 1.2.1 聚合酶链式反应 |
| 1.2.2 PCR荧光分析法 |
| 1.3 PCR系统发展现状 |
| 1.4 课题目的 |
| 1.5 设计内容 |
| 1.6 论文主要结构 |
| 2 微流控PCR系统工作原理及相关技术研究 |
| 2.1 微流控PCR芯片的热循环技术 |
| 2.2 微流控芯片的检测技术 |
| 2.3 PID控制算法原理 |
| 2.3.1 模拟PID |
| 2.3.2 数字PID |
| 2.4 图像处理技术 |
| 2.4.1 灰度化 |
| 2.4.2 灰度变换 |
| 2.4.3 图像分割 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于Android的嵌入式微流控PCR系统硬件设计 |
| 3.1 性能需求分析 |
| 3.2 系统总体框架设计 |
| 3.2.1 硬件开发平台 |
| 3.2.2 系统整体框架 |
| 3.4 荧光检测模块 |
| 3.4.1 激发光源选型分析 |
| 3.4.2 滤光片的选型分析 |
| 3.4.3 光电探测器的选型分析 |
| 3.4.4 光学检测系统设计 |
| 3.5 反应平台 |
| 3.6 温度控制模块 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 基于Android的嵌入式微流控PCR系统软件设计 |
| 4.1 Android相关技术研究 |
| 4.1.1 Android系统框架 |
| 4.1.2 Android系统应用程序的开发 |
| 4.2 底层驱动编写、移植与调用 |
| 4.2.1 杂项设备驱动注册 |
| 4.2.2 JNI编程 |
| 4.3 Android应用程序设计 |
| 4.3.1 总流程设计 |
| 4.3.2 温度热循环算法 |
| 4.3.3 图像处理算法 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于Android的嵌入式微流控PCR系统实验结果与分析 |
| 5.1 基于Android的嵌入式微流控PCR系统完整实物图 |
| 5.2 材料和方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（10）螺旋式变截面微流控PCR芯片关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 PCR及其应用 |
| 1.1.2 PCR设备现状 |
| 1.1.3 微流控芯片技术 |
| 1.1.4 课题研究意义 |
| 1.2 微流控PCR芯片研究现状 |
| 1.2.1 逶迤式微流控PCR芯片研究现状 |
| 1.2.2 螺旋式微流控PCR芯片研究现状 |
| 1.2.3 其他连续流动式微流控PCR芯片研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第二章 螺旋式变截面微流控PCR芯片的设计 |
| 2.1 微流道中流体的力学分析 |
| 2.1.1 微尺度流动的驱动方式 |
| 2.1.2 微流体流动的特征参数 |
| 2.2 螺旋式微流控PCR芯片的设计 |
| 2.2.1 微流控芯片的流道尺寸和流道分类 |
| 2.2.2 流道的圈数 |
| 2.2.3 芯片的结构设计 |
| 2.3 变截面微流道设计 |
| 2.4 芯片的材料 |
| 2.4.1 PCR芯片材料 |
| 2.4.2 PDMS聚合物特性 |
| 2.5 芯片的接口方式 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 螺旋式变截面微流控芯片相关数值模拟分析 |
| 3.1 流体力学仿真计算的理论基础 |
| 3.2 微流道与流体模型的建立和数值模拟条件 |
| 3.3 数值模拟结果与分析 |
| 3.3.1 微通道速度场分布 |
| 3.3.2 微通道压力梯度分布 |
| 3.3.3 微通道传热速率分析 |
| 3.4 螺旋式变截面微流控PCR芯片的流道仿真与计算 |
| 3.4.1 螺旋式变截面微流控PCR芯片的流道仿真 |
| 3.4.2 螺旋式变截面微流控PCR芯片的流道计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 微流控PCR芯片系统的构建 |
| 4.1 PDMS聚合物微流控芯片工艺制备 |
| 4.1.1 微流道加工方法 |
| 4.1.2 PDMS聚合物微流道加工成型工艺 |
| 4.2 温度控制系统的选择 |
| 4.2.1 PID控温 |
| 4.2.2 芯片温区设置 |
| 4.2.3 温控系统组件搭建 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 微流控PCR芯片检测 |
| 5.1 微流控PCR芯片微通道表面处理 |
| 5.1.1 微流道表面亲水性处理 |
| 5.1.2 微流道表面钝化处理 |
| 5.2 芯片检测 |
| 5.2.1 扩增反应试剂 |
| 5.2.2 实验检测方法及操作步骤 |
| 5.2.3 实验结果及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作 |
| 6.2 研究与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、螺旋通道微流控PCR芯片连续自动扩增DNA片段的研究（论文参考文献）
- [1]核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置的研究及应用[D]. 吴迪. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [2]微腔式芯片数字PCR体系构建及在肺癌基因突变检测中的初步应用[D]. 冯攀. 中国人民解放军陆军军医大学, 2021(01)
- [3]喷墨打印技术与微流控技术的液滴生成及应用[D]. 范昭璇. 北京科技大学, 2021(08)
- [4]数字PCR微流控芯片的一体化及多重化方法的开发及应用[D]. 尹居鑫. 浙江大学, 2021(01)
- [5]基于不同微流控体系的实时PCR装置光电检测系统研究[D]. 李彬. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [6]痰液中脱落细胞的单细胞芯片RT-PCR检测用于肺癌的诊断[D]. 李文博. 山东师范大学, 2020(08)
- [7]基于微流控技术的液滴PCR扩增检测方法研究[D]. 纪银环. 北京化工大学, 2019(06)
- [8]以碳纳米管为传热介质的红外加热便携式PCR平台的开发与应用研究[D]. 刘文佳. 上海交通大学, 2018(01)
- [9]基于Android的嵌入式微流控PCR系统设计与实现[D]. 郭盛. 重庆大学, 2018(04)
- [10]螺旋式变截面微流控PCR芯片关键技术研究[D]. 何昱. 国防科技大学, 2017(02)
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