数字PCR仪中荧光信号的检测及处理研究

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1、ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ硕士学位论文数字ＰＣＲ仪中荧光信号的检测及处理研究学科专业：机械电子工程研究生：郭成祥指导教师：陈绪兵教授王瑜辉高工培养单位：机电工程学院二〇一七年九月分类号：TH79学校代号：10490学号：201502048密级：公开武汉工程大学硕士学位论文数字PCR仪中荧光信号的检测及处理研究作者姓名：郭成祥指导教师姓名、职称：陈绪兵教授申请学位类别：工程学科专业名称：机械工程研究方向：物联网技术及应用论文提交日期：2017年9

2、月29日论文答辩日期：2017年11月18日学位授予单位：武汉工程大学学位授予日期：年月日答辩委员会主席：鲁平DetectionandProcessingofFluorescenceSignalinDropletDigitalPCRAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterMajor：MechatronicEngineeringCandidate：GuoChengxiangSupervisor：ProfessorChenXubingWuhanInstituteofTechnologyW

3、uhan,Hubei430205,China独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：２０年ｎ丨月丨ｓ曰｜学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定，■即，我校有权保留并向国家有关部门

4、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密〇，在后适用本授权书。＿＿年解密本论文属于不保密“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导教师签名：＾条＃１２０１７年丨月ＩＳ日２〇ｎ年Ｕ月０日摘要摘要数字PCR检测技术（DigitalPCR，dPCR）是以PCR技术和微流控技术为基础发展起来的目前最先进的PCR检测技术。该

5、技术可直接检测DNA目标序列的拷贝数，相较于传统的荧光定量PCR检测技术，数字PCR检测技术具有更加出色的灵敏度、特异性和精确性。并且在极其微量的DNA核酸样本检测、复杂背景下的稀有突变检测和表达微小差异鉴定方面具有更加明显的优势。但是在当前的数字PCR检测技术领域中，全球只有4家数字PCR仪产品生产厂商，且均为外企；为了打破国外企业的垄断，降低国内用户采购及使用成本，提高医疗服务水平，因此有必要深入研究数字PCR仪的相关技术。针对数字PCR仪的相关技术，本文进行了数字PCR仪中微液滴荧光信号的检测与处理两方面内容

6、的研究。主要工作内容为：微液滴生成方法与荧光信号检测原理，微液滴荧光信号采集系统的硬件设计与分析，微滴荧光信号峰值检测方法的研究，微液滴荧光信号峰值补偿算法的研究。本文主要工作内容如下：1.首先介绍了微液滴荧光信号检测的流程，然后阐述了微液滴的生成方法并对比三种水动力生成微液滴方法的优缺点，最后分析了微液滴荧光信号光学检测系统的工作原理。2.关于微液滴荧光信号采集系统的硬件设计与分析所进行的工作内容是：基于FPGA和USB2.0数据传输技术，完成了微液滴荧光信号数据采集系统中硬件核心电路的设计与分析。3.根据构建好

7、的微液滴荧光信号检测平台，对所采集的微液滴荧光数字信号进行峰值检测的研究。主要研究内容有：微液滴荧光信号有效数据段的截取、微液滴荧光信号的基线校准、微液滴荧光信号的滤波处理、微液滴荧光信号的有效峰值提取。4.对微液滴荧光数字信号峰值数据进行补偿算法的研究，主要对比了两种方法：一般最小二乘法、递推最小二乘法。当从微液滴荧光数字信号中提取峰值之后，由于荧光染料所激发荧光波长的存在交叉干扰，因此获取的峰值数据存在偏差；为了提高数字PCR仪的检测精度，所以需要对峰值数据进行荧光补偿。关键词：数字PCR仪，荧光信号，FPGA

8、，峰值检测IAbstractAbstractDigitalPCRdetectiontechnology(DigitalPCR,dPCR)whichcandirectlydetectthecopynumberofDNAtargetsequence,isthemostadvancedPCRdetectiontechnologybasedonPCRtechnolo