一种DNA扩增过程的数据建模方法

摘要

本发明提出了一种基因扩增过程的数据建模方法，所述方法能依据环境变化对控制参数进行调整和修订，对DNA扩增过程的各个细节利用数学方法进行分析和研究，并能依据DNA本身的特性对控制流程进行分类。在每个反应段，依据控制数学模型形成了独立的控制算法，本发明对每个段的控制节点如94、72和45进行了对应的数值试验，实验结果反应了本控制模型的有效性。共有六个反应段，在时间为505秒的反应过程中，每个反应段真实记录了DNA反应特性，实验曲线真实反映了基因扩增的基本规律。本发明的控制数学模型可对DNA扩增过程中的每个控制节点进行精准控制，实现DNA控制过程智能化，该模型具有广泛适应性。

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种DNA扩增过程的数据建模方法。

背景技术

DNA扩增的循环往复过程由计算机进行控制，在控制过程中，由于在反应室内的环境因素复杂，在循环过程中会随着循环次数的增加引起环温升高，多数控制方法对这种变化采取风扇冷却的方法解决，但风扇的加入也存在一定程度的负面影响，比如，在反应室内冷却均匀性问题和干扰噪声问题等，因此，这些引起了国外研究专家的高度重视，采用了多种方法对反应室的结构和密封进行改良，取得了一定的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提出了一种DNA扩增过程的数据建模方法，所述方法能依据环境变化对控制参数进行调整和修订，对DNA扩增过程的各个细节利用数学方法进行分析和研究，并能依据DNA本身的特性对控制流程进行分类。所述方法基于DNA扩增分变性、退火和延伸的三个反应阶段，在DNA扩增的每个反应阶段，共有6个反应段，每个反应段C_i（i=1，2，3，4，5，6）可表示为：

DNA扩增过程为循环执行反应阶段的过程，从执行第一个反应阶段到最后一个反应阶段的时间段，称为反应区间，用分别表示DNA扩增过程的反应区间的两个端点，则反应区间内的任意时刻t可表示为：，在DNA扩增的反应阶段的控制参考点称为控制节点。

本发明的技术方案为：一种基因扩增过程的数据建模方法，每个反应阶段存在四个控制节点，变性阶段、退火阶段和延伸阶段的控制节点可分别表示为g₁、g₂、g₃、g₄、z₁、z₂、z₃、z₄、d₁、d₂、d₃、d₄，用P（k）表示DNA扩增的控制系统，k为循环次数，a_i、b_i分别表示每个反应段C_i（i=1，2，3，4，5，6）的系统常数，则有建立DNA扩增过程控制模型为：

其中约束条件为：

其中：

为0，当时，否则，为；

表示每个反应阶段存在四个控制节点。

本发明的有益效果

1）本发明的控制数学模型可对DNA扩增过程中的每个控制节点进行精准控制，实现DNA控制过程智能化，该模型具有广泛适应性。在每个反应段，依据控制数学模型形成了独立的控制算法，本发明对每个段的控制节点如94、72和45进行了对应的数值试验，实验结果反应了本控制模型的有效性。共有六个反应段，在时间为505秒的反应过程中，每个反应段真实记录了DNA反应特性，实验曲线真实反映了基因扩增的基本规律。

2）本发明提出的数学建模方法能够适应环境变化，能自动对控制参数进行调整和修订，这种数学模型把每次循环的过程控制参数自动配置，依据DNA本身的特性进行适应性检测和处理，处理效果明显。

具体实施方式

本发明所述方法基于DNA扩增分变性、退火和延伸的三个反应阶段，在DNA扩增的每个反应阶段，共有6个反应段，每个反应段C_i（i=1，2，3，4，5，6）可表示为：

DNA扩增过程为循环执行反应阶段的过程，从执行第一个反应阶段到最后一个反应阶段的时间段，称为反应区间，用分别表示DNA扩增过程的反应区间的两个端点，则反应区间内的任意时刻t可表示为：，在DNA扩增的反应阶段的控制参考点称为控制节点。每个反应阶段存在四个控制节点，变性阶段、退火阶段和延伸阶段的控制节点可分别表示为g₁、g₂、g₃、g₄、z₁、z₂、z₃、z₄、d₁、d₂、d₃、d₄，用P（k）表示DNA扩增的控制系统，k为循环次数，a_i、b_i分别表示每个反应段C_i（i=1，2，3，4，5，6）的系统常数，则有建立DNA扩增过程控制模型为：

其中约束条件为：

其中，

为0，当时，否则，为；

表示每个反应阶段存在四个控制节点。

对于DNA扩增反应室，在任意时刻t，都可以建立上述控制数学模型（微分方程组），且该微分方程组解是存在的。

该控制数学模型可对DNA扩增过程中的每个控制节点进行精准控制，实现DNA控制过程智能化，该模型具有广泛适应性。在每个反应段，依据控制数学模型形成了独立的控制算法，本发明对每个段的控制节点如94、72和45进行了对应的数值试验，实验结果反应了本控制模型的有效性。共有六个反应段，在时间为505秒的反应过程中，每个反应段真实记录了DNA反应特性，实验曲线真实反映了基因扩增的基本规律。

本发明提出的数学建模方法能够适应环境变化，能自动对控制参数进行调整和修订，这种数学模型把每次循环的过程控制参数自动配置，依据DNA本身的特性进行适应性检测和处理，处理效果明显。