基于磁分離的高通量核酸檢測系統(tǒng)及其關鍵技術研究.pdf

1、隨著人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)的完成，對人類遺傳信息的研究正從測定DNA序列、解釋遺傳信息的研究層面轉移到從分子水平對生物學功能進行研究的層面上來，以期更好地認識和保護生命體。在這個過程中，無論是為了對突發(fā)傳染性疾病的快速診斷，還是對嚴重危害人民生命健康重大疾病的大規(guī)模普查，研究者需要對大量樣本的多個基因突變位點進行分型研究，甚至要對來自病人和對照樣本上的成千乃至上萬個樣本的多個位點進行分型研究。

2、因此研制一種可進行高效、快速、多樣本、多位點、高通量且適合于臨床應用的核酸檢測平臺是十分必要的。
　　 基于上述需求，在實驗室前期建立的單堿基差異檢測新方法的基礎之上，本論文進一步將高通量磁分離技術、精確溫控技術、微量加樣技術和高精度熒光信號檢測技術進行有效結合，構建了基于磁分離的高通量核酸檢測系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應用于單核苷酸多態(tài)性分型的研究。
　　 本系統(tǒng)采用“先軟后硬，方法帶動設備”的設計與開發(fā)原則。根據(jù)相應的核心檢測

3、技術，首先確定本系統(tǒng)所需完成的功能和參數(shù)指標，然后根據(jù)設計目標，應用所開發(fā)的技術和系統(tǒng)進行高通量核酸檢測，完成系統(tǒng)功能驗證。按照實現(xiàn)的功能不同，本系統(tǒng)分為高通量生物樣本處理和高通量生物樣本分析兩個部分，其中高通量生物樣本處理部分包含了高通量磁分離系統(tǒng)、微量移液系統(tǒng)、精確溫度控制系統(tǒng)等功能模塊，高通量生物樣本分析部分包含了高通量熒光信號檢測系統(tǒng)等功能模塊。各個系統(tǒng)在系統(tǒng)控制軟件的協(xié)調下，組成了有機的整體，實現(xiàn)了包括核酸樣本制備、靶序列擴增

4、、核酸雜交及信號分析在內的整個過程高度一體化和自動化。
　　 論文的主要研究內容及創(chuàng)新點如下:
　　 1.高通量磁分離系統(tǒng)
　　 構建了適合于96孔微孔板的高通量磁分離系統(tǒng)，在系統(tǒng)軟件控制下能夠對96孔微孔板內的樣品進行快速磁分離操作。該系統(tǒng)主要包含XYZ三軸直角坐標機械臂、微孔板磁分離裝置以及移板機械裝置三個部分。采用基于七段S曲線的控制算法控制機械臂的加減速運動，通過基于粒子群算法的路徑規(guī)劃控制移板機械裝置的

5、移動，從而可實現(xiàn)在磁分離工作位和其他工作位之間轉移96孔微孔板的功能。微孔板磁分離裝置可實現(xiàn)對96孔微孔板中的樣本快速磁分離的功能。
　　 2.微量移液系統(tǒng)
　　 開發(fā)了八通道微量移液系統(tǒng)，采用空氣墊加樣原理，通過對加樣器內的活塞實施精確控制，實現(xiàn)了核酸檢測過程中微量液體的精確轉移，從而避免使用加樣泵，極大降低了系統(tǒng)成本。進一步地，通過對移液模塊結構的改良和自適應補償算法，降低了環(huán)境溫度、大氣壓和空氣濕度對加樣精度的影響

6、。
　　 3.精確溫控系統(tǒng)
　　 設計了適合于96孔板的精確溫控系統(tǒng)，通過模糊增量型PID控制與Bang-Bang控制相結合的復合控制算法實現(xiàn)了對96孔板內樣品的溫度進行精確控制，從而完成核酸的雜交、靶序列擴增等功能。該裝置采用新型的半導體制冷片為加熱制冷部件，利用半導體材料的帕爾貼效應來實現(xiàn)熱量轉移，無需制冷劑，具有清潔、制冷迅速、易于控制等特點。
　　 4.熒光信號檢測系統(tǒng)
　　 構建了高通量熒光信號