PCR仪的扩增原理.
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温度传感电路
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半导体加热制冷片
• 半导体加热制冷片采用直流电流，通过改变直流电流的极性来实现加热 或制冷，工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联 接成电偶对时，在这个电路中接通直流电源后，就会产生能量的转移， 电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件向 N型元件的接头释放热量，成为热端。单片的加热制冷片由两片陶瓷片 构成，其间有N型和P型的半导体材料碲化铋，这些半导体元件在电路 上以串联形式联接组成。
输出
核
电路
心
芯
片
A/D
功率放 大电路
信号放 大电路
驱动电路
温度检 测电路
加热制 冷技术
变Fra Baidu bibliotek室
.
闭环控制过程
• 由数字信号处理器产生的脉冲宽度调制（PWM）波经功率放大电路驱 动半导体加热制冷片以pt100作为温度传感器构建一种消除非线性误差 的电桥传感电路，将温度信号转换为电压信号，电压信号送入处理器的 A/D转换模块，同时进行位置式PID算法，然后调节PWM波的占空比， 使整个系统对温度信号达到闭环控制。
• 基因扩增（PCR）分析仪温度控制----潘爱先，赵卫华，陈得增（1.青岛理工大 学自动化学院，山东 青岛 266033；2.青岛科技大学图书馆，山东 青岛 266042）
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谢谢观赏
WPS Office
Make Presentation much more fun
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PCR仪的扩增原理
生科四班 崔文强
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PCR仪是什么
• 简单的说，PCR仪就是利用DNA聚合酶对特定基因做体外或试管内In Vitro的大量合成，基本上它是利用DNA聚合酶进行专一性的连锁复制。 目前常用的技术，可以将一段基因复制为原来的一百亿之一千亿倍。
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PCR技术
以DNA为模本 的反应
以mRNA为模 本的反应
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。。。
PCR反应 高温变性： 90 ～95 ℃ 低温退火： 50～65 ℃ 室温延展： 70 ～75 ℃
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PCR仪器
普通PCR仪 原位PCR仪
梯度PCR仪
实时荧光定量PCR仪
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PCR仪的控温系统
PCR仪的控温系统就是它的核心系统，温度控制的精度非常重要，直接 影响PCR实验的成功与否，较大的温度偏差会导致PCR实验失败。近年 来的研究表明 ，提高PCR热循环中3个温区之间的升降温速率，不仅能 够缩短整个PCR扩增过程所需时间，而且特异性更好。因此，PCR反应 中的温度控制不仅涉及升温降温和恒温过程，还要求温度控制的精度高， 超调少，调节时间短。
• PID：比例、微分、积分，基于反馈的概念以减少不确定性。
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参考文献
• 基于分段式超前校正的微流控PCR温度控制器----刘勇，高娜，李志刚，朱灵， 李飞，张龙（中国科学院 安徽光学精密机械研究所 光电子技术研究室，安徽 合 肥 230031）
• 基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制----何浩，冯继宏，李开祥（北京工业 大学 生命科学与生物工程学院，北京 100124）
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功率放大电路
• 由于数字信号处理器产生的PWM波功率太小不能驱动加热制冷片，所 以利用高端和低端驱动器组成的H桥功放电路放大PWM波
• PWM：利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有 效的技术
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功率放大电路
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温度传感电路
• 采用高精度铂电阻器pt100作为温度传感器，pt100采用三线制接法，三 线制传感器要求引出的三根导线截面积和长度均相等，测量电路一般使 用不平衡电桥，pt电阻器作为电桥的一个桥壁电阻，其余两根分别接到 pt电阻器所在的桥壁和与其相等的桥壁上，运用运算放大器工作在线性 区域的特点，将恒流源原理运用到 桥式测温，设计了一种消除非线性误 差的电桥电路。
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热盖
• 恒温在100℃以防止反应液的蒸发。反应时热盖与各样品管紧密接触， 对各样品管均匀施压，使得温度传递匀速均匀，而且方便省事，无污染。 它比丝状电阻器结构提供更均匀的热场，更短的加热时间和更快的响应 时间，功率负荷低，使用寿命更长。
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温度控制系统硬件总体框图
• A/D：将数字信号转换成模拟信号
温度传感电路
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半导体加热制冷片
• 半导体加热制冷片采用直流电流，通过改变直流电流的极性来实现加热 或制冷，工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联 接成电偶对时，在这个电路中接通直流电源后，就会产生能量的转移， 电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件向 N型元件的接头释放热量，成为热端。单片的加热制冷片由两片陶瓷片 构成，其间有N型和P型的半导体材料碲化铋，这些半导体元件在电路 上以串联形式联接组成。
输出
核
电路
心
芯
片
A/D
功率放 大电路
信号放 大电路
驱动电路
温度检 测电路
加热制 冷技术
变Fra Baidu bibliotek室
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闭环控制过程
• 由数字信号处理器产生的脉冲宽度调制（PWM）波经功率放大电路驱 动半导体加热制冷片以pt100作为温度传感器构建一种消除非线性误差 的电桥传感电路，将温度信号转换为电压信号，电压信号送入处理器的 A/D转换模块，同时进行位置式PID算法，然后调节PWM波的占空比， 使整个系统对温度信号达到闭环控制。
• 基因扩增（PCR）分析仪温度控制----潘爱先，赵卫华，陈得增（1.青岛理工大 学自动化学院，山东 青岛 266033；2.青岛科技大学图书馆，山东 青岛 266042）
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PCR仪的扩增原理
生科四班 崔文强
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PCR仪是什么
• 简单的说，PCR仪就是利用DNA聚合酶对特定基因做体外或试管内In Vitro的大量合成，基本上它是利用DNA聚合酶进行专一性的连锁复制。 目前常用的技术，可以将一段基因复制为原来的一百亿之一千亿倍。
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PCR技术
以DNA为模本 的反应
以mRNA为模 本的反应
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。。。
PCR反应 高温变性： 90 ～95 ℃ 低温退火： 50～65 ℃ 室温延展： 70 ～75 ℃
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PCR仪器
普通PCR仪 原位PCR仪
梯度PCR仪
实时荧光定量PCR仪
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PCR仪的控温系统
PCR仪的控温系统就是它的核心系统，温度控制的精度非常重要，直接 影响PCR实验的成功与否，较大的温度偏差会导致PCR实验失败。近年 来的研究表明 ，提高PCR热循环中3个温区之间的升降温速率，不仅能 够缩短整个PCR扩增过程所需时间，而且特异性更好。因此，PCR反应 中的温度控制不仅涉及升温降温和恒温过程，还要求温度控制的精度高， 超调少，调节时间短。
• PID：比例、微分、积分，基于反馈的概念以减少不确定性。
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参考文献
• 基于分段式超前校正的微流控PCR温度控制器----刘勇，高娜，李志刚，朱灵， 李飞，张龙（中国科学院 安徽光学精密机械研究所 光电子技术研究室，安徽 合 肥 230031）
• 基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制----何浩，冯继宏，李开祥（北京工业 大学 生命科学与生物工程学院，北京 100124）
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功率放大电路
• 由于数字信号处理器产生的PWM波功率太小不能驱动加热制冷片，所 以利用高端和低端驱动器组成的H桥功放电路放大PWM波
• PWM：利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有 效的技术
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功率放大电路
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温度传感电路
• 采用高精度铂电阻器pt100作为温度传感器，pt100采用三线制接法，三 线制传感器要求引出的三根导线截面积和长度均相等，测量电路一般使 用不平衡电桥，pt电阻器作为电桥的一个桥壁电阻，其余两根分别接到 pt电阻器所在的桥壁和与其相等的桥壁上，运用运算放大器工作在线性 区域的特点，将恒流源原理运用到 桥式测温，设计了一种消除非线性误 差的电桥电路。
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热盖
• 恒温在100℃以防止反应液的蒸发。反应时热盖与各样品管紧密接触， 对各样品管均匀施压，使得温度传递匀速均匀，而且方便省事，无污染。 它比丝状电阻器结构提供更均匀的热场，更短的加热时间和更快的响应 时间，功率负荷低，使用寿命更长。
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温度控制系统硬件总体框图
• A/D：将数字信号转换成模拟信号