基于改进型定量数学模型的Q-PCR仪软件系统研究

摘要

聚合酶链式反应(PCR)技术作为生物医学领域研究的重要手段之一，历经30年快速发展至今，已经被广泛应用于生命科学、药物研发、疾病诊断等领域。我国对PCR技术的研究起步较晚，目前荧光定量PCR仪的市场基本被国外企业垄断。本文从定量数学模型入手，通过研究国内外已有的数学模型，分析比较后发现基于Logistic函数的数学模型更符合PCR扩增的动态规律，对荧光数据具有较高的定量精度。在对该算法作了适当改进和优化后，本文通过Matlab仿真验证了该改进型定量数学模型的有效性和适用性，并在此基础上本文设计开发了PC端的定量PCR仪软件，即荧光定量PCR仪的上位机软件，来实现对PCR扩增荧光数据的定量分析。
　　根据定量PCR仪软件的需求分析报告确定软件的功能框架，并将框架中各个功能进行模块划分后把定量PCR仪软件分为实验设计和数据分析两部分。根据用户确定实验方案的逻辑顺序和相应荧光定量PCR实验所需的设置参数，设计了直观友好的实验方案界面，编板设置界面等多个软件界面，分别实现软件的各个功能模块。
　　此外，定量PCR仪软件还要能够实现用户与荧光定量PCR仪的人机交互。荧光定量PCR仪的CPU采用ARM处理器，可由RS232串口与PC机实现通信。定量PCR仪软件实现了包括温度控制模块、运动控制模块和数据采集模块在内的荧光定量PCR仪软件系统的有机统一，完成其功能。
　　在本文的最后通过一次PCR绝对定量实验检验了定量PCR仪软件乃至整个荧光定量PCR系统的功能，并通过对所得数据使用不同数学模型进行拟合定量，对比定量结果验证了改进型定量数学模型相较于指数增长模型具有更好的重复性和定量精度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 荧光定量PcR技术概述

1．1．1 PCR技术的基本原理

1．1．2 荧光定量PCR技术

1．1．3 定量PCR技术的研究现状

1．2 研究目标及意义

1．2．1 课题研究目标

1．2．2 课题研究意义

1．3 研究内容和关键技术

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 课题关键技术

1．4 本章小结

2 PCR定量数学模型研究

2．1 定量PCR的数学模型

2．1．1 国外学者提出的数学模型

2．1．2 国内学者提出的数学模型

2．2 改进型定量数学模型

2．2．1 PCR前期定量数学模型

2．2．2 PCR后期数学模型

2．2．3 PCR反应分段点

2．2．4 MATLAB仿真研究

2．3 本章小结

3 定量PCR仪软件的开发

3．1 软件框架设计

3．1．1 软件功能需求分析

3．1．2 MFC简介

3．1．3 软件架构

3．2 实验设计模块

3．2．1 实验步骤设计

3．2．2 快速编板

3．2．3 数据保存

3．3 数据分析模块

3．3．1 插值与回归

3．3．2 非线性拟合算法

3．3．3 LM算法的实现

3．3．4 定量数学模型的实现

3．3．5 荧光扩增曲线绘制

3．3．6 实验结果导出

3．4 本章小结

4 荧光定量PCR仪软件系统

4．1 多线程技术

4．2 荧光定量PCR仪软件系统的组成

4．3 多线程在荧光定量PCR仪软件系统中的应用

4．4 荧光定量PCR仪软件系统整合

4．5 本章小结

5 荧光定量PCR实验分析

5．1 荧光定量PCR实验平台构建

5．2 实验方案

5．3 Ct定量分析结果对比

5．4 通过R0值定量

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 课题展望

参考文献

附录

作者简历