论文部分内容阅读
连续流动式扩增反应芯片(CF-PCR Chip)可快速完成DNA分子体外复制,将其与微泵、微阀等微流通道构件集成,可以实现生化样品制备直至分析的全过程集成化和自动化。为此,本文开展了以STM32为核心的CF-PCR芯片集成控制系统研究,实现了对微阀、微泵及CF-PCR反应的集成控制。设计了集连续流动式PCR反应腔、微阀和微泵腔于一体的集成PCR芯片；利用MEMS技术完成了硅基Pt薄膜加热器和温度传感器芯片的制备。以STM32F4为核心开展集成控制系统设计,根据微泵、微阀及PCR芯片的功能需求,分别设计了Pt电阻测量电路、开关电路和步进电机驱动电路,结合触摸显示模块及STM32F4内部集成的ADC、定时器、FSMC、SPI等外围设备,完成了控制系统硬件电路的搭建。采用增量式PID算法进行温度控制,通过软件设计完成多路ADC采样、多路PWM信号产生、液晶显示驱动及触摸控制程序代码的编写,实现了多路温度检测和加热控制及步进电机转速调节。整个控制系统的功能验证结果表明,PCR反应区温度稳定性较好,控温误差≤0.4℃；微阀温度响应速度为10s；开关电路开启关闭响应时间分别为0.67ms和0.23ms；触摸屏可以显示系统的各项实时参数,并实现控制参数键入功能。系统整体调试结果表明,本系统可以控制微阀、微泵及PCR扩增反应各部分协调有序工作,能够实现CF-PCR芯片反应系统的集成控制。