基于单片机和FPGA的CF-PCR芯片系统研究

更新时间：2020-02-11 16:01:49 大小：2M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：单片机 fpga 现场可编程门阵列 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

聚合酶链式反应(PCR)技术是一种基因片段体外扩增技术，在生物及医学相关领域中得到广泛的应用。目前，绝大部分PCR扩增反应是在传统的商业PCR仪上进行的，由于采用热容较大的金属块进行热循环温度控制，升温和降温的速度较慢，一个完整的PCR循环通常需要1h～2h，甚至更长的时间。另外，微流控检测系统中的毛细管电泳分析已经能够在体积较小的芯片上完成，如果将连续流动式PCR芯片(CF-PCR)与其集成在一起，将实现生化分析的集成化和微型化。因此，对PCR芯片的研究成为PCR反应装置的研究热点之一。本文开展了基于单片机和IFPGA的CF-PCR芯片系统设计，主要从事PCR芯片制作、温度控制及扩增实现的研究。本文采用微电子技术和微机械加工技术，制作了以玻璃为基体的微流通沟道芯片，并完成了集Pt金属薄膜加热器和温度传感器于一体的硅基芯片加工，经封装后构成了CF-PCR芯片。设计了基于单片机和FPGA开发平台的CF-PCR芯片的智能温度控制系统，该系统将温度控制算法从单片机中脱离出来，利用FPGA来实现，发挥了FPGA集成度高、可靠性好、设计灵活、运算速度快等优点，可提高温度控制的精度。其中，单片机主要实现AD采样控制、键盘按键控制以及向FPGA传送数据指令的功能；FPGA主要实现温度曲线拟合、PID控制算法以及PWM波形产生等功能。单片机与FPGA协同合作，结合外部的硬件电路，完成了多通道温度信号的采集、转换与显示等功能，有效的实现了三温区的恒温控制。本文利用搭建的连续流动式PCR芯片系统，采用植物DNA样品进行了扩增实验，并采用琼脂糖凝胶电泳检测方法对扩增产物进行电泳检测，实验结果证明本系统基本上可实现DNA样品的扩增，并大大缩短了PCR反应时间。