数字PCR仪中荧光信号的检测及处理研究

摘要

数字PCR检测技术（Digital PCR，dPCR）是以PCR技术和微流控技术为基础发展起来的目前最先进的PCR检测技术。该技术可直接检测DNA目标序列的拷贝数，相较于传统的荧光定量PCR检测技术，数字PCR检测技术具有更加出色的灵敏度、特异性和精确性。并且在极其微量的DNA核酸样本检测、复杂背景下的稀有突变检测和表达微小差异鉴定方面具有更加明显的优势。但是在当前的数字PCR检测技术领域中，全球只有4家数字PCR仪产品生产厂商，且均为外企；为了打破国外企业的垄断，降低国内用户采购及使用成本，提高医疗服务水平，因此有必要深入研究数字PCR仪的相关技术。
　　针对数字PCR仪的相关技术，本文进行了数字PCR仪中微液滴荧光信号的检测与处理两方面内容的研究。主要工作内容为：微液滴生成方法与荧光信号检测原理，微液滴荧光信号采集系统的硬件设计与分析，微滴荧光信号峰值检测方法的研究，微液滴荧光信号峰值补偿算法的研究。
　　本文主要工作内容如下：
　　1.首先介绍了微液滴荧光信号检测的流程，然后阐述了微液滴的生成方法并对比三种水动力生成微液滴方法的优缺点，最后分析了微液滴荧光信号光学检测系统的工作原理。
　　2.关于微液滴荧光信号采集系统的硬件设计与分析所进行的工作内容是：基于FPGA和USB2.0数据传输技术，完成了微液滴荧光信号数据采集系统中硬件核心电路的设计与分析。
　　3.根据构建好的微液滴荧光信号检测平台，对所采集的微液滴荧光数字信号进行峰值检测的研究。主要研究内容有：微液滴荧光信号有效数据段的截取、微液滴荧光信号的基线校准、微液滴荧光信号的滤波处理、微液滴荧光信号的有效峰值提取。
　　4.对微液滴荧光数字信号峰值数据进行补偿算法的研究，主要对比了两种方法：一般最小二乘法、递推最小二乘法。当从微液滴荧光数字信号中提取峰值之后，由于荧光染料所激发荧光波长的存在交叉干扰，因此获取的峰值数据存在偏差；为了提高数字PCR仪的检测精度，所以需要对峰值数据进行荧光补偿。

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