本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
將DNA聚合酶引入PCR的步驟是：DNA反應(yīng)液放在試管中，裝有反應(yīng)液的試管放在反應(yīng)室的PCR模塊各孔中，基因擴(kuò)增過程由控制程序自動(dòng)完成。到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在控制程序上主要利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)PCR模塊的溫度變化進(jìn)行控制，Stephanie J. Culler課題組利用PCR設(shè)備分析了基因的內(nèi)在結(jié)構(gòu)表達(dá)，但多數(shù)研究成果集中在改進(jìn)PCR技術(shù)和提高PCR設(shè)備的某些指標(biāo)。E.T. Lagally 早在2001年采用提高升降溫速率的方法對(duì)DNA擴(kuò)增過程進(jìn)行了研究，Grover J.和 Juncosa R.D于2008年對(duì)常規(guī)PCR設(shè)備的升降速率進(jìn)行了研究， T.M.H. Lee 等采用數(shù)字化控制方式提高了PCR的反應(yīng)控制精度。在PCR的臨床應(yīng)用中，一個(gè)普遍存在的問題是：位于模塊各孔試管中的DNA反應(yīng)液的狀態(tài)隨反應(yīng)階段的不同而發(fā)生變化，在這個(gè)過程中，DNA的化學(xué)鍵不斷斷裂或生成，伴隨著的吸、放熱狀態(tài)也不同，如何分析這些狀態(tài)變化規(guī)律，對(duì)提高DNA擴(kuò)增質(zhì)量和對(duì)放在模塊各孔中試管反應(yīng)液的溫度變化進(jìn)行精確控制有直接影響，現(xiàn)有技術(shù)裝置操作復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性低，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)檢測(cè)效果不理想，應(yīng)用在實(shí)際工程中有一定的局限性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種生物檢測(cè)方法，所述方法利用光纖布拉格光柵傳感器及其分布特性模型，利用此特性對(duì)DNA反應(yīng)液的數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行采集和分析，分析DNA擴(kuò)增的熱傳遞規(guī)律。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種生物檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法利用光纖布拉格光柵傳感器、常規(guī)的鉑電阻傳感器和流程檢測(cè)模塊在DNA擴(kuò)增模塊上建立檢測(cè)系統(tǒng)，所述DNA擴(kuò)增模塊呈平面形狀，位于一個(gè)密閉的反應(yīng)空間里，其上部設(shè)置有反應(yīng)孔，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)和鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)，所述光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)包含光纖布拉格光柵傳感器和信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，所述光纖布拉格光柵傳感器包括傳感探頭，所述信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)與所述傳感探頭相連接，把所述傳感探頭插入所述反應(yīng)孔中，鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)包括控制單元和鉑電阻傳感器，所述控制單元與鉑電阻傳感器相連接，把所述鉑電阻傳感器緊密設(shè)置在DNA擴(kuò)增模塊的下部，所述流程檢測(cè)模塊通過接口模塊與所述光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)和鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)相連接，測(cè)試步驟如下：
1）啟動(dòng)鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)，利用控制單元接收鉑電阻傳感器傳送來的溫度值，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)變成溫度控制數(shù)據(jù)，傳給流程檢測(cè)模塊；
2）啟動(dòng)光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)，把布拉格光柵傳感器傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)變成反應(yīng)室數(shù)據(jù)，傳給流程檢測(cè)模；
3）流程檢測(cè)模塊把溫度控制數(shù)據(jù)和反應(yīng)室數(shù)據(jù)經(jīng)過歸一化處理后，建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)模型；
4）依據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)模型嗎，流程檢測(cè)模塊確定DNA反應(yīng)階段及相關(guān)邊界條件，綜合計(jì)算，并根據(jù)布拉格傳感器的數(shù)據(jù)判定是吸熱還是放熱過程并進(jìn)行修正，計(jì)算采集在化學(xué)鍵的斷裂或生成過程中反應(yīng)液的熱流變化，轉(zhuǎn)換的熱焓值分析溫度變化和熱流密度。
5）依據(jù)第4步的數(shù)據(jù)構(gòu)建DNA反應(yīng)數(shù)據(jù)模擬模型。
所述鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)包含三路檢測(cè)信號(hào)，每路包含一個(gè)鉑電阻傳感器。
所述DNA擴(kuò)增模塊上設(shè)有96個(gè)反應(yīng)孔。
本發(fā)明具有如下有益效果
1) 本發(fā)明采用依據(jù)數(shù)據(jù)模擬模型構(gòu)建數(shù)據(jù)控制模型，模擬DNA整個(gè)擴(kuò)增過程，揭示對(duì)DNA樣本的影響因素，為揭示DNA內(nèi)部反應(yīng)的客觀規(guī)律提供依據(jù) 。
2) 本發(fā)明建立光纖布拉格光柵隨溫度變化的分布特性，揭示DNA 擴(kuò)增階段的吸放熱規(guī)律，揭示DNA內(nèi)部反應(yīng)的客觀規(guī)律，提供一整套光纖布拉格光柵隨溫度變化的理論技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3) 本發(fā)明建立了建立DNA擴(kuò)增過程切實(shí)可行的數(shù)據(jù)采集方式。
4）本發(fā)明揭示了DNA的反應(yīng)規(guī)律，將有利于PCR設(shè)備的可開發(fā)，市場(chǎng)前景和社會(huì)效益巨大。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明利用光纖布拉格光柵傳感器、常規(guī)的鉑電阻傳感器和流程檢測(cè)模塊在DNA擴(kuò)增模塊上建立檢測(cè)系統(tǒng)，所述DNA擴(kuò)增模塊呈平面形狀，位于一個(gè)密閉的反應(yīng)空間里，其上部設(shè)置有反應(yīng)孔，通常所述DNA擴(kuò)增模塊上設(shè)有96個(gè)反應(yīng)孔。所述檢測(cè)系統(tǒng)包括光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)和鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)，所述光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)包含光纖布拉格光柵傳感器和信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，所述光纖布拉格光柵傳感器包括傳感探頭，所述信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)與所述傳感探頭相連接，把若干個(gè)所述傳感探頭分別插入所述96個(gè)反應(yīng)孔的某些孔中，傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)包括控制單元和鉑電阻傳感器，所述控制單元與鉑電阻傳感器相連接，包含三路檢測(cè)信號(hào)，每路包含一個(gè)鉑電阻傳感器。把所述鉑電阻傳感器緊密設(shè)置在DNA擴(kuò)增模塊的下部，所述流程檢測(cè)模塊通過接口模塊與所述光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)和鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)相連接。
利用所述光纖布拉格光柵傳感器檢測(cè)溫度時(shí)，根據(jù)耦合模理論，光纖布拉格光柵的中心反射波長(zhǎng)可以表示為
（1）
式中為導(dǎo)模的有效折射率，為光柵的周期。由(1)式可以看出，中心反射波長(zhǎng)與有效折射率和光柵周期有關(guān)；
當(dāng)光柵受到溫度的變化影響時(shí)，其有效折射率和光柵周期會(huì)隨之變化，從而反射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，關(guān)系式為：
把上式代入（1）得到
（2）
由熱膨脹效應(yīng)引起的光柵周期變化式和熱光系數(shù)引起有效折射率變化式分別為：
其中和分別為光纖的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)。
把上述兩式代入（2）式可得：
令
則上式可以寫為：
（3）
通常光纖的中心反射波長(zhǎng)=1200 nm，溫度靈敏度系數(shù)kT=7.5 x 10-6/C, 因此，是溫度的函數(shù)。公式（3）對(duì)某溫度是線性關(guān)系，但當(dāng)溫度變化較大時(shí)，上述的線性公式表現(xiàn)出非線性特征。溫度靈敏度系數(shù)較大的聚合材料，kT=87 x 10-6/C，此時(shí)，=9.88，即，對(duì)于每度的空間分辨率在0-9.88之間。
本發(fā)明采用96孔的常規(guī)模塊單元，數(shù)據(jù)控制單元分三路布置傳感器組，每路設(shè)置四個(gè)模塊傳感器，用于進(jìn)行試驗(yàn)控制數(shù)據(jù)采集單元，可以在條件許可的情況下，在模塊上部的反應(yīng)孔空隙中與模塊傳感器的對(duì)應(yīng)位置布置12個(gè)反應(yīng)室內(nèi)模塊傳感器，簡(jiǎn)稱反應(yīng)室傳感器，用于采集模塊溫度的均一和均衡性，建立起來的數(shù)據(jù)采集單元用于對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并做為布拉格光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輔助基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
假設(shè)模塊傳感器為Aij（i=1-3，j=1-4），反應(yīng)室傳感器為Wij（i=1-3，j=1-4），
其中，Aij（i=1-3，j=1，2）和Wij（i=1-3，j=1-4）均為模擬量，設(shè)模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)量（十進(jìn)制溫度值）的函數(shù)為G，通過實(shí)驗(yàn)和耦合計(jì)算后可得：在任一時(shí)刻t，其模塊傳感器獲得的溫度數(shù)據(jù)為：
Tij（t）= （4）
其中，i=1-3，j=1-4，上式表示的是自動(dòng)控制系統(tǒng)加載的某個(gè)測(cè)試點(diǎn)的實(shí)際溫度值。
在任一時(shí)刻t，光纖的值是不斷變化的，依據(jù)測(cè)量的DNA樣本的DNA反應(yīng)液的數(shù)據(jù)，依據(jù)（3）式可得：
（5）
從（5）式可知，在t時(shí)刻局部區(qū)間（）內(nèi)的DNA反應(yīng)液的溫度變化量能夠依據(jù)布拉格光柵的解調(diào)設(shè)備通過計(jì)算而求出，而在任一t時(shí)刻溫度值可以由模塊溫度的三路傳感器聯(lián)合計(jì)算。
于是，在任一時(shí)刻t0，其自動(dòng)控制系統(tǒng)加載的實(shí)際溫度數(shù)據(jù)可由（4）式計(jì)算得出，
Tij（t0）=
其中，i=1-3，j=1-4。
從上面的分析可知，到t0時(shí)刻為止的局部區(qū)間內(nèi)，其反應(yīng)室內(nèi)的相對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)的實(shí)際溫度的變化量可由（5）式計(jì)算得出：
經(jīng)過（4）式和（5）式的比較，可以精確計(jì)算出在任一t0時(shí)刻，DNA反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)液的精確溫度變化值，即，
（6）
從（6）式可以推算出DNA反應(yīng)液在反應(yīng)過程中的吸熱和放熱的具體規(guī)律，并可以依據(jù)上述公式精確模擬出DNA生物反應(yīng)特性，進(jìn)而建立DNA反應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，依據(jù)取得的數(shù)據(jù)Tij（t），通過與的對(duì)比即可確定DNA反應(yīng)階段和吸放熱狀態(tài)。
測(cè)試步驟如下：
1）啟動(dòng)鉑電阻傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)，利用控制單元接收鉑電阻傳感器傳送來的溫度值，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)變成溫度控制數(shù)據(jù)，傳給流程檢測(cè)模塊；
2）啟動(dòng)光纖布拉格光柵檢測(cè)子系統(tǒng)，把布拉格光柵傳感器傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)變成反應(yīng)室數(shù)據(jù)，傳給流程檢測(cè)模；
3）流程檢測(cè)模塊把溫度控制數(shù)據(jù)和反應(yīng)室數(shù)據(jù)經(jīng)過歸一化處理后，建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)模型；
4）依據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)模型嗎，流程檢測(cè)模塊確定DNA反應(yīng)階段及相關(guān)邊界條件，綜合計(jì)算，并根據(jù)布拉格傳感器的數(shù)據(jù)判定是吸熱還是放熱過程并進(jìn)行修正，計(jì)算采集在化學(xué)鍵的斷裂或生成過程中反應(yīng)液的熱流變化，轉(zhuǎn)換的熱焓值分析溫度變化和熱流密度。
5）依據(jù)第4步的數(shù)據(jù)構(gòu)建DNA反應(yīng)數(shù)據(jù)模擬模型。