开发更加智能化的便携式流感诊断系统

  • 文章关键词:
  • "利用NI公司的Compact DAQ硬件系统,以及用于控制和数据分析的LabVIEW图形化系统设计软件,我们创建了一个小型且便携式的系统。"

    – Hsieh Tseng Ming James, Institute of Bioengineering and Nanotechnology, A-Star

        The Challenge:
        开发一个比传统系统更加易于使用的,易于携带的,并且成本更低廉的小型热循环仪。

    The Solution:
        使用NI公司的CompactDAQ硬件系统和LabVIEW软件来创建小型热循环仪,并且凭借USB接口的即插即用功能,以执行实时的聚合酶链反应。

    开发更加智能化的便携式流感诊断系统

    聚合酶链反应(PCR)热循环是进行分子诊断的黄金准则。然而,在应对流感大流行方面,全球所面临的主要挑战是只有专业人员才能进行有效的诊断测试。此外,商业上可用的热循环仪也只能用于实验室环境使用,因此,我们很难对其进行操作,要将商用热循环仪的应用领域扩大到紧急情况下,以及公共检测站,例如机场,其笨重且昂贵的特性无疑是一个障碍。因此,迫切需要我们开发一种便宜的,可携带的,且可任意使用的分子诊断工具。

    为了提供灵活的,成本低廉的诊断系统,我们在新加坡生物工程和纳米技术研究所的研究小组开发了一个小型诊断系统,该诊断系统采用美国疾病控制和预防中心(CDC)所推荐的PCR技术来检测传染性急病。我们的系统从实时PCR到病毒基因目标链的检测对整个诊断过程进行整合与自动化,以执行数据的分析。

    通过使用NI 公司的CompactDAQ硬件系统,以及用于控制和数据分析的LabVIEW图形化系统设计软件作为我们的解决方案,我们创建了一个小型且便携式的系统。该系统由一个较小的珀尔帖器(温度装置),电源供应器(能量装置),和具有USB接口即插即用功能的光检测器(光学装置)构成。

    我们的热循环仪是便携式的,完全自动化的,且可用于在重要场合中大规模健康检查的情况下使用,例如在机场检查站控制传染性疾病的传播。系统自动化是可靠诊断的一个关键优势,因为流感大流行可能会在偏远地区发生,那里可能没有受过专业训练的人员处理试验样品。此外,系统自动化的实现大大降低了人力和培训费用。

    利用该系统同时运行包含预加载PCR反应物的三个聚合物,从抽样到结果所花费时间不到一小时,并且允许采用大量生物的多样性。利用热敏电阻的实时温度反馈,一个内部比例积分微分(PID)芯片来处理温度控制。该控制器由一个补偿器,输出装置和传感器反馈信号组成,反馈信号对于控制加热器输出功率,以及保持温度是很必要的。使用LabVIEW软件,我们对图形用户接口进行编程,以显示实时温度,设置温度,并且显示来自三个通道的实时PCR结果 (如图1A所示)。

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