基于CF-PCR生物芯片的集成控制系统.pdf

《基于CF-PCR生物芯片的集成控制系统.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2015年仪表技术与传感器2015第10期InstrumentTechniqueandSensorNo．10基于CF-PCR生物芯片的集成控制系统王晓娜，闰卫平，郭玲(大连理工大学电子科学与技术学院，辽宁大连116024)摘要：针对微流控生物芯片集成化趋势，设计了基于STM32F4的CF-PCR生物芯片集成控制系统。硬件电路主要包括信号采集电路、加热电路及液晶显示。利用增量式PID算法和PWM技术，实现了对PCR反应过程中3个恒温区及热驱动式微阀的控制。关键词：CF-PCR芯片；增量式PID；STM32中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1002-1841

2、(2015)10-0098-03DesignofIntegratedControlSystemBasedonCF_-PCRBio。。chipWANGXiao—na，YANWei—ping，GUOLing(SchoolofElectronicScienceandTechnology，DMianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：AccordingtothetrencyofintegratedMicro—fluidicchip，anintegratedcontrolsystemofCF—PCRbiochi

3、pbasedonSTM32F4wasdesigned．Thehardwarecircuitconsistedofsignalsamplingcircuits，heatingcircuitsandLCD．Combiningwithin—crementalPIDalgorithmandPWMtechnology．the3thermal—actuatedmicrovalvesand3constanttemperaturezonesintheprocessofPCRwasrealized．Keywords：CF—PCRchip；incrementalPIDalgorithm

4、；STM320引言进样口退火区延伸区变性区PCR(PolymeraseChainReaction)是聚合酶链式反应的简称，是依据体内细胞分裂中DNA半保留复制原理，在DNA聚合酶的作用下，通过变性、退火、延伸3个过程，实现指定基因片段体外快速复制，被广泛应用于基因分析及医学鉴定等生物科学领域。CF-PCR(Continuous—FlowPCR)生物芯片是通过控制生化样品在片式微通道中连续流过每个恒温区的时间，实现3个过程的往复循环，完成扩增反应。图1集成热驱动式微阀的CF-PCR生物芯片结构示意图微阀是微流控芯片的重要组成部分，通过控制与各通道相圊圃_叫型皇堕厂]厂

5、]I联接微阀的开启与关闭，实现液体样品在生物芯片中的不同流向。热驱动式微阀依据气体或液体热胀冷缩的原理驱动阀片叵_+[触STM32摸往复运动，实现关闭与开启功能。它具有工作原理简单，驱动匝匝_+[厂_]r_]屏力较大，易于控制，与生物芯片工艺兼容性强等优点[23。将CF-PCR芯片与热驱动式微阀集成在一起，可实现样品集成式CF—PcR芯片丽；丽卜l扩增和样品定向流动及其检测分析的一体化。对于这样一个图2系统结构框图功能强大的集成生物芯片，温度控制至关重要，它既是保证扩PCR芯片的3个温区及其他未选定的微阀所对应的加热器进增反应顺利进行的关键因素，也决定热驱动式微阀的

6、功能实行加热，温度传感器实时监测各温区的温度，并将测量值发送现。文中研究的集成热驱动式微阀的CF—PCR生物芯片结构至控制器。控制器通过比较温度设定值与测量值，调用增量式如图1所示。PID算法计算出新的PWM信号的占空比，调整加热时间，实现1系统结构恒温控制，系统工作过程中的温度值实时更新在LCD液晶屏CF—PCR集成控制系统结构如图2所示，它由CF-PCR生上。物芯片、测温电路、加热电路、STM32控制单元及LCD触摸屏52控制系统硬件电路设计部分构成。CF—PCR集成控制系统选用基于ARM⑩Cortex一M内核系统启动后，通过触摸LCD液晶显示屏选定开启阀，该信

7、的STM32F407控制器。该微控制器的CPU最高频率达168息通过SPI接口送至STM32控制器，控制器根据指令对CF一MHz；有3个12位的ADC；2个高级定时器，l0个通用定时器，2个基本定时器；3个SPI通信接口；集成LCD—TFT控制器；ST—基金项目：国家自然科学基金项目(61376115)收稿日期：2015一O1—16收修改稿日期：2015—07—14LinkDebug支持在线调试；多个I／O接口能满足控制系统快速第10期王晓娜等：基于CF-PCR生物芯片的集成控制系统处理多通道数据及进行实时显示的要求。现不同温度的控制。2．1温度信号采集模块3控