基于NTC热敏电阻器的实时PCR仪数据采集器设计.pdf

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1、114传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第3O卷第3期基于NTC热敏电阻器的实时PCR仪数据采集器设计刘娟容，陈章位，黄靖，姚英豪(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：实时聚合酶链反应(PCR)是一种通过热循环与荧光信号检测方法实现特定DNA片段的快速复制与定量检测的技术。PCR反应过程中，热循环温度控制精度决定了PCR反应效率，从而直接影响定量检测的精度。根据非稳态传热原理，热量从基座传递到试液需要一定的时间，为了检测这一延迟时间对温控的影响，基于NTC热敏电

2、阻器，采用USB总线和FPGA技术，以USB控制器和FPGA为核心控制模块，AD7663为模数转换芯片，实现数据采集器的设计，并采用多线程技术和缓冲队列方法实现连续数据采集。通过理论与实验相结合，准确测量了试液升降温过程中的延迟时间，对实时PCR仪温度控制具有重要意义。关键词：聚合酶链反应；热敏电阻器；USB总线；现场可编程门阵列；数据采集；缓冲队列中图分类号：TP302．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)03-0114-04Designofdataacquisitioninreal-timePCRinstrumentbasedonN

3、TCthermistorLIUJuan—rong，CHENZhang-wei，HUANGJing，YAOYing-hao(StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Real—timepolymerasechainreaction(PCR)isamethodforrapidreplicationandquantitativedetectionofspecificDNAfragmentthroughth

4、ermalcycleandfluorescentsignaldetection．TheprecisionoftemperaturecontrolinthermalcycledeterminesPCReficiency，andalsoaffectstheprecisionofquantitativedetection．Accordingtothetheoryofunsteadystateheattransfer，heattakestimetotransferfromblocktotestsolution．Inordertoknowtheinfluenceof

5、thedelaytimeontemperaturecontrol，adataacquisitionhasbeendesignedusingUSBbusandFPGAtechnologybasedonNTCthermistor，andcontinuousdataacquisitionisachievedthroughnmhi—threadingtechnologyandbufferingqueues．Bythecombinationoftheoryandexperiment，thedelaytimeofheattransferhasbeenmeasureds

6、uccessfully．Keywords：polymerasechainreaction(PCR)；thermistor；USBbus；fieldprogrammablegatearray(FPGA)；dataacquisition；bufferingqueues0引言PCR技术已经成为一种对标本中特定的DNA片段进行分聚合酶链反应(polymerasechainreaction，PCR)技术由析研究和检测鉴定的重要方法，在分子生物学和临床医学MullisKB于1985年发明，其基本步骤为：第1步，变性等领域得到了广泛的应用。(94oC)：DNA模板变性成

7、单链；第2步，退火(55℃)：引物在PCR反应过程中，热循环温度控制精度决定了PCR结合到模板上；第3步，延伸(72℃)：DNA聚合酶从引物开反应效率，从而直接影响了实时PCR仪定量的准确度。实始用底物复制出新链⋯。PCR仪就是通过控制样品达到时PCR仪的温度控制系统只能对样品铝块基座的温度进不同温度，对被扩增的DNA片段进行变性、退火和延伸，以行采样和控制，不能检测试管中试液的实际温度。传统的达到将DNA片段的量成倍扩增的目的。1996年美国应用根据非稳态传热原理，热量从基座传导到液体需要一定的生物系统公司(AppliedBiosystems)在普通PC

8、R反应的基时间，试液的升降温相对基座的升降温有时间延迟。如何础上发