CFD-ACE+软件对PCR微芯片传热过程的数值模拟和分析

针对基于MEMS技术的PCR微芯片温度控制难的问题,通过对该芯片的传热过程进行简化并建立物理模型和数学模型,对芯片内部的热传导和温度变化过程进行了理论推导分析。利用CFD-ACE+软件对芯片的热传导过程进行了数值模拟。模拟结果表明,该芯片具有较高的升、降温速度。芯片在自行构建的温度控制系统下进行了热循环反应,对GUS基因成功实现了扩增。

一种硅基集成PCR微芯片的传热数值分析

设计和制作了一种基于MEMS技术的硅基集成PCR(聚合酶链式反应)微芯片,采用有限容积法,边界条件考虑自然对流换热和辐射换热,对PCR微芯片的传热过程进行了数值模拟。主要分析了样品的升、降温速度和样品内部的温度均一性。分析结果表明芯片具有较高的升、降温速度,而且样品内部的温度均一性也满足PCR反应的要求。芯片在温度控制系统下进行了热循环反应,实现了GUS基因的扩增,获得了良好的实验结果。

微腔型PCR芯片的多体系集总热容法分析

本文采用多体系集总热容法分析了微腔型PCR芯片的热循环过程,研究了芯片的温度变化规律,并提出了芯片功耗的预测方法。数值模拟表明,多体系集总热容法可以被用来估计微腔型PCR芯片的温度变化,并能够准确地预测芯片所需功耗。

微孔式数字PCR荧光芯片的自动对焦

为了快速获取微孔式数字PCR芯片清晰的荧光图像,解决传统方法针对微尺度阵列单元自动对焦存在的计算量大,耗时长等问题,建立了基于像素个数随离焦距离变化特征模型的自动对焦方法。依次取3个彼此间隔相同距离的微孔式数字PCR芯片的荧光图像,通过自适应窗口选取与阈值计算,统计窗口区域内大于阈值的像素个数,代入特征函数计算离焦距离,并通过统计出的3个位置的像素个数值判断离焦方向,继而进行对焦。该方法仅需统计13×13个像素大小的对焦窗口中灰度大于阈值的像素个数,且完成对焦仅需4步,对焦结果完全满足后续计算的清晰度要求,与传统爬山方法相比,对焦步骤数平均减少了51.89%,实现了微孔式数字PCR芯片的准确快速对焦。本文提出的自动对焦方法克服了现有算法计算量大、对焦步骤繁琐的缺点,预测准确、速度快,最大程度上减少样本曝光时间,进而减少荧光的淬灭,为后续计算提供更为原始且精确的图像。

硅-玻璃聚合酶链式反应微芯片对β-葡糖苷酸酶基因的扩增

聚合酶链式反应 (PCR)微芯片是基于微机电系统 (MEMS)制作 ,在微芯片上进行PCR反应 ,实现生物样品扩增的一项新技术 .介绍了硅 玻璃PCR微芯片的设计和制作、微反应腔的清洗和表面处理、借助外置温度控制系统进行PCR扩增反应以及扩增产物在琼脂糖凝胶电泳下的检测分析 ,实现了对 β 葡糖苷酸酶 (GUS)基因的有效扩增 ,扩增时间由原来的 90min缩短到现在的 37min .

自然对流型PCR芯片的热分析与设计

在分析了现有自然对流型PCR芯片的热性能的基础上,提出了采用薄圆盘腔体内Rayleigh-Benard对流实现PCR过程,并通过数值模拟研究了几何尺寸对自然对流稳定性的影响以及腔体内不同位置处流体温度随时间的变化。模拟结果表明通过几何尺寸的优化能够实现稳定的Rayleigh-Benard对流和PCR过程。

连续流动式聚合酶链式反应生物芯片/微装置中脱氧核糖核酸样品的驱动控制技术进展

介绍国内外连续流动式聚合酶链式反应生物芯片/微装置中脱氧核糖核酸样品的驱动控制技术进展,主要包括恒流泵(注射泵驱动和蠕动泵驱动)、旋转泵驱动、磁流体动力驱动以及自然对流驱动等。并对这几种驱动方式的优缺点作简要的讨论(引用文献43篇)。

热气动式微泵的热分析与设计

对热气动式微泵进行了热分析,得到了泵室压力与温度场的关系。针对液滴型微PCR芯片中液滴往复运动的需要,在微泵中引入了热电制冷,通过分析,确定热电制冷片应该放置于导热系数较小的玻璃侧和温度应控制在10℃．分析表明,为了实现迅速增压,保持压力稳定,较快降压三阶段的要求,加热过程可设置为,高功率加热一段很短的时间,然后低功率加热持续一段时间,最后停止加热。

基于微腔自然对流的PCR芯片的热设计

对薄圆盘腔体内自然对流实现PCR过程进行了热分析,在此基础上对薄圆盘腔体的边界条件、几何尺寸和内部结构进行了优化设计。结果表明,在所研究的范围内,周壁绝热,上下壁温分别为反应允许退火-延伸温度的下限和反应允许变性温度的上限,同时腔体的高径比为0.275左右时,腔体内能够满足PCR反应要求的流体的体积最大。保持腔体高径比不变和流体体积不变,在腔体内加入一个固体的圆环结构,且将下表面保持高温的区域由全表面缩小到1/2圆盘半径范围,流体在变性区停留时间与退火延伸区停留时间之比大大减小,且满足PCR反应要求的流体的体积改变不大,能进一步提高PCR的效率。

PCR微池芯片的设计、制作及实现样品扩增

设计并制作了一种石英玻璃材料的PCR(PolymeraseChainReaction)微池芯片,使用商用热循环仪控温。通过实时测量芯片微池内温度,改进温度控制程序,使用BSA(牛血清白蛋白)处理微池内壁等优化工作,实现了DNA片段的有效PCR扩增。