发布时间 : 星期四 文章创新实践基地企业博士后研究项目立项表更新完毕开始阅读0ad728114431b90d6c85c7cb
附件三
项目拟解决的关键技术问题
研究内容和技术关键
课题研究的总体目标和创新点，主要内容及所需要解决的技术关键 1．总体目标 开发具有自主知识产权的、小型荧光定量基因扩增系统。 2．研究内容
（1） 光路系统
在先期研究成果（中国发明专利“定量基因扩增仪的荧光检测系统”，发明人：吴元民、张凯、罗氏立格、聂晓峰，公开 号1423118，公开日：2003.06.11）的基础上，将对光路系统进行重新开发、设计,以达到缩小体积、降低成本、提高性能之目的。 a) 光源部分：拟采用高密度低能耗的光源，如半导体激光器、大功率LED光源替代目前的卤钨灯，提高光源的使用寿命（从数百小时提高到上万小时）、降低能耗（200瓦下降至几瓦）；缩小光源部分占用的体积空间（新系统的体积为原系统的1/5）。
b) 检测光路：在原专利的基础上，对其光路的加工和安装工艺，进行二次开发，使整个检测光路的安装、调试更为可靠。
（2） 紧凑型系统布局和工艺设计
便携式PCR扩增仪要求系统控温组件、荧光采集组件和控制终端的结构布局更为紧凑；系统布局的创新改进将牵涉到各组件工艺设计的改进，以同时满足新机型在检测时间、检测灵敏度等方面的要求。 （3） 热循环仪温度控制
在定量基因扩增仪中，特异性DNA片段扩增反应在三段温度下周期性地进行，每个周期内包括DNA片段高温变性、低温下与引物退火、中温度下DNA延伸。这三个不同温度下的变性、退火和延伸循环进行，使DNA量获得指数型倍增。在这一过程中，仪器热循环仪控制精度决定了最终拷贝数和定量诊断精度。因此提高升温/降温速度、温度均匀性、稳态温控精度和减小超调是热循环仪控制的重要内容。本课题所采用的控制策略是：在升降温的前期，采用“Bang-Bang”控制（即极限速率控制）策略来获取最快的升降温速度；
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在中间阶段，采用自适应模糊控制策略，即借助模糊控制的粗调特点来确保升降温速度，同时又可兼顾减少超调的目标；在升降温末期,采用二自由度PID控制策略，即为了避免由于设定值突变而导致的控制量输出饱和，令微分作用(D)直接由输出变量驱动，而比例和积分(PI)由偏差驱动。这样可以更好地抑制系统超调、缩短调节时间、消除残差。上述控制策略除“Bang-Bang”控制外均由过程模型支持。三个控制算法的最佳切换时间的确定是高精度快速温控技术的关键。针对元器件缓慢老化导致系统特性发生改变的情况，下位机控制器采用离散时间段系统辨识技术及时修正模型和控制参数，确保系统的最优运行状态。 （4） 下位机控制电路及软件设计
下位机系统包括了两个独立的单片机子系统：扩增反应温度控制单片机和荧光数据采集单片机，它们分别采用标准的RS232串行接口和标准的并行接口和上位机进行数据交换。其中，温度控制用单片机子系统采用了集成度高、可靠性强的美国AD公司的单片机，主要功能模块包括：扩增反应温度控制、激发光源控制、光信号采集，检测光路，、上下位机通讯接口、顶盖温度控制（稳定反应的现场环境）、故障报警及保护等；荧光数据采集子系统亦以单片机为核心，硬件包括CCD照相机和CCD照相机控制器，主要功能有：CCD内部温度控制、曝光时间控制及数据采集控制，并将样品的荧光强度图像上传到上位机进行进一步的数据处理。 （5） 上位机系统软件
采用LabView7.0软件平台，上位机系统软件包括前台系统实时监控和后台数据处理两部分。实时监控包括反应温度控制器的设定值给定、实时监控反应周期、确定信号采集的时刻、数据、温度响应曲线绘制、温度设定值显示、实时荧光数据曲线显示等。监控程序通过串口实现对PCR反应的控制，通过并口实现数据采集。所以，在主界面的基础上需要两个后台处理程序实现对两个独立的单片机子系统的协调控制和数据传输。PCR反应后台控制处理程序根据系统所处的不同的状态，实现对当前温度的设定、读取，并控制步进电机。数据处理后台处理程序对下位机上传的荧光强度图片进行识别，利用外标法计算DNA浓度。小型PCR扩增仪的上位机系统软件适用的操作系统为Windows98/2000/NT/XP，配备中英文操作界面。界面将弥补进口机只有
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英文操作软件的诸多不便和国产其它品牌机型操作界面繁琐的缺点，简单、亲切。
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附件四
项目完成后的实用价值、市场前景及可产
生的经济和社会效益
1．题成果对社会发展的作用
目前除天花、脊髓灰质炎等少数疾病得到有效控制外，大多数传染病的防治任务仍很艰巨。老传染病持续存在、原已被控制传染病死灰复燃、新传染病不断出现和已知病原体耐药性的急剧增加，使21世纪我国传染病预防和控制面临严峻挑战。前阶段的非典和禽流感危机让我们警醒：严重传染病不仅危害人类健康，而且关系着一个国家稳定、国防安全与经济的可持续发展。传染病的防治主要赖以及时诊断、早期预防控制和有效治疗。而对于危害极大的烈性传染病，早期预防和控制无疑对国家的经济发展具有重大的战略意义。
应用小型荧光定量基因扩增系统可实现对传染性疾病的现场快速诊断，对于疫情（如非典、禽流感等）发生初期的传染源控制非常重要；另外，荧光定量基因扩增技术在恶性肿瘤、遗传性疾病、临床新药开发、基因突变和基因组研究等方面应用同样具有深远的现实意义。本项目的开展实施，将对我国正在迅速普及和蓬勃发展的PCR应用技术起到积极的推动作用。
2．本课题经济效益和产业化前景 单位：万元、万美元
年份 产值 利润 税收 节汇 创汇 2006 300 50 10 30 0 2007 2000 400 200 200 50 2008 6000 1200 600 600 100
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