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高通量DNA测序仪的温度控制系统研制
资料介绍
DNA测序技术发展至今,经历了多个阶段。第一代测序技术,极大推动DNA测序技术的发展,但是存在操作复杂、耗费时间长、效率低等局限性。以SOLiD技术为代表的新一代DNA测序技术不仅缩短了测序时间,实现测序的高通量,最重要的是降低测序成本。温度控制在新一代的测序技术中起着至关重要的作用,所以本文设计了一种用于高通量DNA测序仪的温度控制系统来满足测序过程中的DNA变性、杂交、酶促等反应以及试剂保存对温度的要求。
本温度控制系统是一个闭环的控制回路,将温度信号的采集、数据的处理、PID控制算法的实现和与上位机的通信集合在一起,实现了一个完整的温度控制系统。系统的硬件电路部分选用ATmega128单片机为硬件的核心元件；在系统的输入模块,考虑到硬件电路的简化以及传感器小型化、精度要求高等因素选用了具有负温度系数的热敏电阻;输出响应器选择了具有既可制冷又可制热、且容易达到平衡等优点的半导体制冷器件；串口通信将下位机的程序与上位机联系起来,实现通过上位机发送指令来使下位机执行相应操作的功能。系统的下位机固件部分,应用了模块化的思想,将各个部分的程序按功能进行模块化的设计,这样更方便程序的调试以及后期的修改等。上位机的程序使用了第一个组件导向的C＃进行编程,通过上位机界面,操作者可以方便的对控温的参数进行在线修改,且在上位机界面实现温度的实时显示等功能。
本文设计的温度控制系统经过测序仪的微流道系统以及用于试剂保存的冰箱系统的调试,可以满足温度测量误差在±0.2℃以内,控温精度为±0.3℃,升降温平均速度为0.5℃／s的要求。而且经过温度校正的实验,确定了在室温为19℃情况下,控温点温度与实际被控对象所需温度的一个校正关系。并且本温度控制系统已经通过测序仪系统的调试,有良好的性能。
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