基于阵列电极电泳芯片分析系统的研制

摘要

电泳芯片分离控制系统微型化及其片上检测是生化分析的发展方向。基于线性阵列的电泳芯片的分析系统属于微全分析系统的一种，可对多种生物分子、离子等进行分离检测，是一种集进样、分离、检测、智能操控等功能于一体的生化分析平台，具有微型化、集成化及操作自动化的特点。 近年研究表明，在电泳芯片上制作电极阵列，用电学方法可以精确操控微流体及生物分子的行为，可实现低压电泳分离操作。本论文从生化分析的电控机理出发，对已有的电泳芯片进行改进，研制其控制检测系统。研究内容包括以普通载玻片和有机高聚物PDMS(Polydimethylsiloxane)为基本材料的电泳沟道芯片的理论设计、制作工艺，电泳芯片的连接方式，控制系统、检测系统的设计以及控制芯片工作的单片机程序编制，高精度检测系统的程序编制等。 控制系统以c8051F020为核心，设计了一种I/O网络组合控制电路来控制54根Pt电极，在三态(高压、接地、悬空)之间的任意转换。键盘、液晶等人机交互接口便于用户操作。整个系统设计体现了高度集成、低功耗、高扩展性以及自动操控等特点。检测系统以MSC1210为核心，采用等比例测量原理对待测对象进行高精度检测，设计了独立的用户界面，可单独形成测量仪表。 利用电泳芯片进行了测试和初步电泳实验，证明控制系统基本实现设计功能，与芯片能良好衔接；对电泳分离结果进行了阻抗检测实验，证明检测系统能对某些样品的电泳结果进行高精度检测。系统的进一步研究将实现便携式生化分析系统。

目录

文摘

英文文摘

研究成果声明和关于学位论文使用权的说明

第1章前言

§1.1电泳芯片设计

§1.2电泳芯片检测方法

§1.3国内外阻抗检测研究

§1.4本论文研究目标

本章参考文献

第2章电泳芯片设计及制作

§2.1毛细管电泳基本理论

§2.1.1电泳原理

§2.1.2电泳分离效率及电泳芯片设计优化

§2.2微流体沟道芯片设计

§2.3沟道芯片的加工

§2.3.1 Polydimethylsiloxane(PDMS)和SU-8介绍

§2.3.2 PDMS沟道芯片的制作

§2.4电泳芯片驱动方式仿真

§2.5本章小结

本章参考文献

第3章电泳芯片控制系统

§3.1芯片控制系统设计方案

§3.1.1控制系统设计目标

§3.1.2控制系统结构

§3.2芯片控制系统工作流程

§3.3控制系统4大功能模块介绍

§3.3.1微处理器模块

§3.3.2继电器模块

§3.3.3串行通信模块

§3.3.4人机交互模块

§3.4本章小结

本章参考文献

第4章电泳芯片阻抗检测系统

§4.1阻抗检测系统设计方案

§4.1.1检测系统设计目标

§4.1.2测量系统结构

§4.2芯片检测系统工作流程

§4.3测量系统4大功能模块介绍

§4.3.1微处理器模块

§4.3.2电阻测量模块

§4.3.3串行通信模块

§4.3.4人机交互模块

§4.4本章小结

本章参考文献

第5章实验结果与讨论

§5.1荧光系统实验

§5.1.1实验准备

§5.1.2实验结果

§5.1.3荧光系统实验中存在的问题

§5.2阻抗测量系统初步应用实验

§5.3采用阻抗仪的实验结果

§5.4本章小结

本章参考文献

第6章结论与展望

§6.1研究工作成果

§6.2论文工作的创新点

§6.3 工作展望及改进

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