系统配置 - 智能便携式流感诊断系统开发

系统配置

　　整个集成系统的配置包括执行PCR系统运行和反应的循环温控系统、固定安装的三个蓝色LED光源、排布于LED至光电倍增管(PMT)光路之间用于实时光学探测的相关透镜和滤波器。系统中包括一组铜制或黄铜制的加热室，与放置样本的聚合体反应室集成在一起。

　　LabVIEW是系统构架的核心，中心处理器单元的设计专门针对执行由LabVIEW预编写的指令，可用于控制系统启动和健康检查、PCR运行的热量循环控制、和多路复用荧光信号的光学检测。

　　在PCR处理的循环温控过程中，系统于退火循环的最后一秒进行光学检测。三个LED同时由来自NI 9265模拟输出模块的电流驱动依次点亮，每个LED持续发光200 ms，在下一个LED灯点亮前熄灭当前LED灯。

　　特殊设计的装置用于聚焦和引导LED光路传输。光在照射到放置DNA样本的反应室之前要先通过一个滤波器。光线在到达PMT之前还需通过一系列透镜和滤波器，最后由NI 9206模拟输入模块读出该信号。

　　我们使用LabVIEW来进行信号处理以获取数据集的均值，来自PMT的信号被放大并处理。之后将向用户显示数据，并通过主用户菜单将该数据连续更新于三个独立的曲线图中(见图2)。

　　PCR混合物被置于聚碳酸酯PCR反应室中，并加油以防止蒸发。PCR在以下温度条件下完成：95 °C下持续20秒(Taq聚合酶活化) 、50 次循环的放大(在95 °C下保持5秒进行加热变性、在60 °C保持60秒进行退火和延伸)。LabVIEW程序记录每次循环中DNA复制发出的荧光。

　　稳定性和重用性

　　在分子诊断中，PCR是一种将特定DNA片段放大至分子级别的常用方法。在实现过程中，需要在94 °C下进行40至50次循环的热变，在60 °C下进行退火，在60 °C下进行延伸。整个过程的关键点在于精确的温度控制，保持2 °C/s的温度上升率，以避免产生或放大错误的DNA序列。

　　我们使用LabVIEW来控制独立的高端和低端参考输出通道，并采用一块由高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成的电路，设计并制造了片上加热方案，实现了PWM实时控制。温度测量显示，我们获得的加温和冷却率分别为2.5 °C/s和2.2 °C/s。对于每一路的温度设置，过冲小于1 °C，并且稳定性保持在±0.1 °C。

　　结果与结论

　　我们使用1至104的TaqMan探针，通过连续稀释的甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)互补DNA(cDNA) 来确认PCR的实时探测性能。结果证实，从Ct曲线中确定的敏感度与市场上的实时热循环仪(图1B)性能相当。

　　与市面上其它的热循环仪相比，我们的系统更紧凑、便携性更高，且恒温性更好(表1)。系统的便携性使其在大范围流感爆发的早期发挥更大的作用。同时，该诊断系统非常适合在门诊、急诊室、公共检查站点等地使用。此外，由于其便携性好、价格低、体积小、且使用方便等特点，该热循环仪在食品安全方面具有潜在的优势。