空间核酸芯片分析系统的构建与应用研究.pdf

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1、空间核酸芯片分析系统的构建与应用研究王建设2014年12月中图分类号：UDC分类号：空间核酸芯片分析系统的构建与应用研究作者姓名王建设学院名称生命学院指导教师耿利娜副教授答辩委员会主席费也淳教授申请学位工学硕士学科专业化学工程与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月22日ResearchandApplicationoftheAnalysisSystemofDNAchipsinSpaceCandidateName：WangJiansheSchoolorDepartment:Schooloflife

2、scienceFacultyMentor:ViceProf.GengLinaChair,ThesisCommittee：Prof.FeiYechunDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ChemestryEngineeringandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January22，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的

3、研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要随着世界空间科学技术的发展大趋势，我国的空间科学技术近年来也有了巨大进步，其中尤以空间生命科学为科学界研究热点。以高通量，低能耗，小型化等为特点的空间芯片分析系统，将为空间生命科学带来巨大变革。生命体在空间中核酸的复制、转录、翻译等

4、进程均可能受到微重力等特殊条件影响，因而对于空间核酸生物学的研究具有重要的开创性意义。基于芯片技术的高效和高集成度的空间核酸分析系统研究，也成为空间核酸生物学研究越来越迫切的需求。本文对基于微流控芯片技术的空间核酸芯片分析系统的功能构建与应用展开研究。首先核酸芯片分析系统开发过程中可依赖的各类技术条件，结合空间微重力的特殊环境，提出了空间核酸芯片分析系统构建的两套可行技术方案，一种方案是以核酸电泳技术为支撑的核酸电泳芯片分析系统；另一种方案是以核酸杂交技术为支撑的核酸杂交芯片分析系统，并根据两种技术方案，搭建出

5、两套核酸芯片分析系统，实现对目标核酸片段的特异性快速检测。主要研究内容包括：（1）研究空间芯片的微加工技术和芯片键合技术，探索了一套新的PMMA芯片热键和操作条件，利用光学三维表面测量仪的等设备测量计算表明铜电极的韧性断裂率显著降低。在此基础上，结合计算机模拟改进芯片电泳通道结构，进行芯片核酸电泳实验，提出了提高核酸芯片电泳分析效果的有效方案。（2）利用空间核酸电泳芯片与空间核酸PCR芯片连用，搭建起一台空间核酸扩增与分析检测仪器，优化系统流路与温度控制环节，初步实现了对目标核酸样品的扩增与检测。（3）围绕核酸

6、杂交芯片技术方案，本论文对核酸杂交芯片在空间条件下的应用方法进行了探索。开发出一套小型化低功耗的空间核酸杂交分析芯片，芯片系统整体功耗小于25W，实现了对目标核酸序列的快速检测（检测周期90min）。并对与空间聚合酶链式反应(PCR)等技术的联合应用进行了考察，解决了在与核酸PCR芯片连用过程中存在的流路与温度控制技术难题。完成了一套更加小型化，低功耗的空间核酸扩增分析系统平台的建立，为空间核酸生物学实验提供了更高效的技术手段。I关键词：核酸电泳芯片；核酸杂交芯片；空间核酸分析；IIAbstractWithth

7、edevelopmentofscienceandtechnologyinSpaceoftheworld,ChinahasalsogottremendousprogressintheaspectofscienceandtechnologyinSpace.LifescienceinSpaceisthefocusofalltherelevantresearchfields.Analysischip’ssystemusinginSpace,whichhasahigh-throughput,lowpowerconsump

8、tionandsmallsize,willbringgreatchangestolifescienceinSpace.Needsforanalysischip’ssystemwhichismoreefficientandmoreintegratedhasalsobecomemoreandmorepressing.Thispaperresearchestheconstructingand