基于核酸提取的全自动液体处理工作站设计

论文摘要

随着快速疾病检测、基因测序、核酸提取、生物制药等领域的发展,人们需要在短时间内处理大量的生物样本,传统的人工处理手段已很难满足市场的要求,而全自动液体处理工作站不仅可代替重复繁重的操作,极大程度的减轻操作人员的劳动量,而且可以减小因人为误差对实验的影响。本文通过对微量液体处理技术的研究和现代液体处理工作的需求,设计了一种针对核酸提取的全自动液体处理工作站,该工作站主要由工作台、微量移液机械臂、夹取机械臂和混匀仪四部分组成,通过控制系统完成液体的处理操作。工作站机械臂采用双直角坐标式的三维运动机构,分别搭载微量移液模块和夹取转移模块,其中微量移液模块是利用空气置换移液技术设计的注射式微量泵,为了提高液体处理效率,该泵采用八通道结构设计,且单个通道内最高可移取1250μl的液体;夹取转移机械臂主要由电动手指构成,在三维运动结构的配合下可轻松完成试剂盒从支架到混匀仪之间的转移。通过有限元软件Anasys中Workbench对三维运动结构进行有限元静力学应力分析和模态分析,并对设计中存在的问题进一步优化。工作站除了对样品进行精准移液操作,还需满足一些试验过程中对样本的混匀、震荡、加热和保温等功能需求,因此在工作站中整合了小型混匀仪。此外,为了监控移液过程中可能出现的异常现象使得试验进行准确移液,建立了压力实时监控系统和电容式液面探测系统,通过实时监控活塞内部压力的大小能有效的区分出堵塞、气泡和漏吸等异常状态,提高实验的可靠性。为了检测工作站的移液效果,对设计的微量泵移液精度用衡量法进行检测,试验结果表明微量泵的容量允许误差和测量重复性应均符合JJG 646-2006计量性能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景
•   1.2 国内外现状及发展方向
•   1.3 课题来源及研究意义
•   1.4 课题研究内容
• 第二章 微量液体处理技术的研究
•   2.1 微量移液技术的发展
•   2.2 基于气压传感器的压力实时监控系统
•     2.2.1 压力实时监控系统的研究
•     2.2.2 移液过程中异常现象的研究
•   2.3 双金属层结构的电容液面探测技术
•     2.3.1 液面探测技术研究
•     2.3.2 电容式液面探测技术研究
•   2.4 本章小结
• 第三章 全自动液体处理工作站结构设计
•   3.1 全自动液体处理工作站整体方案设计
•   3.2 工作站底座结构设计
•   3.3 直角坐标式机械臂三维运动结构设计
•     3.3.1 三维运动结构零件选型
•     3.3.2 三维运动结构设计
•   3.4 工作站移液机械臂结构设计
•     3.4.1 移液机械臂运动结构设计
•     3.4.2 微量泵结构设计
•   3.5 夹取机械臂设计
•     3.5.1 机械抓手的设计
•     3.5.2 抓取机械臂结构设计
•   3.6 混匀仪的结构设计
•   3.7 本章小结
• 第四章 机械臂的静力学分析和模态分析
•   4.1 机械臂的静力学分析
•   4.2 模态分析
•   4.3 拓扑优化
•     4.3.1 模型拓扑优化分析
•     4.3.2 优化后模型的静力学分析
•     4.3.3 优化后模型的模态分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 全自动液体处理工作站控制系统方案设计
•   5.1 全自动液体处理工作站主控PC机软件设计
•   5.2 微量泵三维运动控制方案设计
•   5.3 全自动液体处理工作站移液控制系统方案设计
•   5.4 微量泵液体实时监控系统设计
•     5.4.1 压力实时监控系统的搭建
•     5.4.2 压力实时监控系统程序设计
•   5.5 混匀仪的电控程序设计
•     5.5.1 混匀仪转动模块电控设计
•     5.5.2 混匀仪温控模块电控设计
•   5.6 本章小结
• 第六章 微量泵移液精度测量与分析
•   6.1 微量泵移液精度测量
•   6.2 容量的相对误差测量和重复性测量
•   6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李增

导师: 傅惠南,任晓龙

关键词: 自动化液体处理工作站,压力实时监控系统,电容式液面探测,微量泵,移液精度检测

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 广东工业大学

分类号: Q-337

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000848

总页数: 85

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