数字PCR液滴识别方法的研究与实现
发布时间：2021-11-15 07:03
液滴数字PCR是在传统PCR技术基础上的第三代技术,该技术主要是经过聚合酶链式反应（PCR）,通过对液滴图像的识别与检测来对DNA中的核酸分子进行精确的定量即绝对定量。但在以往对液滴图像识别结果读出的过程中,通常采取人工查数的方式,这种情况下往往会因为极其庞大的核酸数量而造成统计困难,或是在反应核酸液滴极少的情况下容易出现识别失误。本文针对上述情况,通过对数字PCR液滴图像进行相关处理以及算法优化提高识别效率,从液滴图像采集到完成一系列图像处理来实现液滴的精确识别。本文共从三个方面着手来提高液滴图像识别的精度:第一个方面从图像灰度化、图像平滑去噪和基于分数阶微分的图像增强等方面对液滴图像进行预处理;第二个方面为基于粒子群优化的阈值液滴图像检测,将粒子群优化结合大津法进行液滴分割,并将得到的二值图像进行形态学优化;第三个方面为基于分水岭算法与Canny边缘检测的合并,简介分水岭算法的原理和各类边缘检测算子,并将距离变换结合分水岭分割并与改进的Canny边缘检测合并,通过最终图像识别能得出算法优化的可行性。实验结果表明,通过优化的算法,在对液滴进行检测分析时,在边缘增强方面能得到非常好的效...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字PCR工作原理图
图 1.2 数字 PCR 和传统 PCR 比较示意图Fig 1.2 A schematic comparison of digital and traditional PCR传统的 PCR 中主要采用的多孔管或者 PCR 管来作为培养容器，在测试过程中需要使用多个 PCR 管才能够满足其检测需要，在试剂需求量方面也很大，这样就造成了不必要的浪费，其检测结果存在灵敏度不高以及准确度低下等问题。在进行扩增时，并不是无限制的扩增，实际情况上是当反应产物浓度达到一定值时，使得扩增反应达到饱和效果，成为饱和值，这个值为1110分子/微升，可以通过公式（1-1）来计算原始模版分子的数量：3011n 210 /20LLμμ×= （1-1）通过多次试验可以得知，初始模版上的分子数不能够低于 2000，如果低于这个数字，其反应时成功率以及重复性会比较差，主要原因是在反应溶液中存在大量的 DNA 和待检测的单分子，这些分子之间存在竞争，同时引物二聚体和 PCR抑制剂[11]，也是降低单分子检测成功率的一个非常重要的因素，单分子扩增时所
图 1.3 液滴数字 PCR 平台原理示意图Fig1.3 schematic diagram of droplet digital PCR platform1.4.2 数字 PCR 检测流程数字PCR在对DNA进行检测时已经形成了一套完备的流程，其流程步骤如下（1）取样和试剂制备，对需要检测的 DNA 进行取样，并针对该 DNA 制CR 扩增时需要的试剂。（2）制备微滴，主要原理是对把液滴存在油相中，具体方法是水动力法，在水动力法下可以分为三大类：T 型通道法、共流聚焦法和流动聚焦法。其中用的为第一种方法，其主要特点就是制作时间短且包裹性较强。T 型通道法示如图 1.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时荧光定量PCR技术的原理及其应用[J]. 安钢力. 中国现代教育装备. 2018(21)
[2]微滴式数字PCR定量检测杏仁露中杏仁、花生源性成分[J]. 郭楠楠,张岩,李永波,张涛,张雅伦,周巍,王红. 食品科学. 2019(14)
[3]数字PCR在功能核酸精准检测中的研究进展[J]. 刘晓,朱鹏宇,王垚,朱水芳,付伟. 生物技术通报. 2018(09)
[4]数字PCR技术在病原生物学研究中的应用[J]. 陈爱平. 海峡预防医学杂志. 2017(03)
[5]微滴数字PCR技术应用进展[J]. 赵治国,崔强,赵林立,王海艳,李刚,刘来俊,敖威华,马彩霞. 中国生物工程杂志. 2017(06)
[6]数字PCR技术在转基因成分检测中的应用[J]. 付海滨,闫超杰,李姝,刘晓超,张敏. 辽宁农业科学. 2017(01)
[7]微滴式数字PCR技术进展[J]. 王琦,范颖. 中国医学前沿杂志(电子版). 2016(11)
[8]数字PCR技术原理及应用[J]. 李春勇. 生物技术世界. 2014(11)
[9]遗传算法粒在二维最大熵值图像分割中的应用[J]. 欧萍,贺电. 计算机仿真. 2011(01)
[10]蒙特卡罗方法与拟蒙特卡罗方法解线性方程组[J]. 赖斯,卢秀玉. 东华大学学报(自然科学版). 2010(02)
博士论文
[1]微滴数字PCR技术动态监测非小细胞癌患者血浆游离DNA EGFR基因突变[D]. 邱斐.北京协和医学院 2015
硕士论文
[1]基于微滴式数字PCR的食品中GⅡ型诺如病毒和副溶血性弧菌活菌检测技术的研究[D]. 管锦绣.华南理工大学 2018
[2]基于微滴式数字PCR技术的甲型流感病毒绝对定量研究[D]. 冯兆民.中国疾病预防控制中心 2017
[3]梅毒螺旋体核酸检测及基于微滴式数字PCR技术的梅毒螺旋体核酸绝对定量方法学研究[D]. 成媛媛.安徽医科大学 2017
[4]核酸的检测技术及相关标准物质研究[D]. 柳方方.北京化工大学 2012
本文编号：3496283
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字PCR工作原理图
图 1.2 数字 PCR 和传统 PCR 比较示意图Fig 1.2 A schematic comparison of digital and traditional PCR传统的 PCR 中主要采用的多孔管或者 PCR 管来作为培养容器，在测试过程中需要使用多个 PCR 管才能够满足其检测需要，在试剂需求量方面也很大，这样就造成了不必要的浪费，其检测结果存在灵敏度不高以及准确度低下等问题。在进行扩增时，并不是无限制的扩增，实际情况上是当反应产物浓度达到一定值时，使得扩增反应达到饱和效果，成为饱和值，这个值为1110分子/微升，可以通过公式（1-1）来计算原始模版分子的数量：3011n 210 /20LLμμ×= （1-1）通过多次试验可以得知，初始模版上的分子数不能够低于 2000，如果低于这个数字，其反应时成功率以及重复性会比较差，主要原因是在反应溶液中存在大量的 DNA 和待检测的单分子，这些分子之间存在竞争，同时引物二聚体和 PCR抑制剂[11]，也是降低单分子检测成功率的一个非常重要的因素，单分子扩增时所
图 1.3 液滴数字 PCR 平台原理示意图Fig1.3 schematic diagram of droplet digital PCR platform1.4.2 数字 PCR 检测流程数字PCR在对DNA进行检测时已经形成了一套完备的流程，其流程步骤如下（1）取样和试剂制备，对需要检测的 DNA 进行取样，并针对该 DNA 制CR 扩增时需要的试剂。（2）制备微滴，主要原理是对把液滴存在油相中，具体方法是水动力法，在水动力法下可以分为三大类：T 型通道法、共流聚焦法和流动聚焦法。其中用的为第一种方法，其主要特点就是制作时间短且包裹性较强。T 型通道法示如图 1.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时荧光定量PCR技术的原理及其应用[J]. 安钢力. 中国现代教育装备. 2018(21)
[2]微滴式数字PCR定量检测杏仁露中杏仁、花生源性成分[J]. 郭楠楠,张岩,李永波,张涛,张雅伦,周巍,王红. 食品科学. 2019(14)
[3]数字PCR在功能核酸精准检测中的研究进展[J]. 刘晓,朱鹏宇,王垚,朱水芳,付伟. 生物技术通报. 2018(09)
[4]数字PCR技术在病原生物学研究中的应用[J]. 陈爱平. 海峡预防医学杂志. 2017(03)
[5]微滴数字PCR技术应用进展[J]. 赵治国,崔强,赵林立,王海艳,李刚,刘来俊,敖威华,马彩霞. 中国生物工程杂志. 2017(06)
[6]数字PCR技术在转基因成分检测中的应用[J]. 付海滨,闫超杰,李姝,刘晓超,张敏. 辽宁农业科学. 2017(01)
[7]微滴式数字PCR技术进展[J]. 王琦,范颖. 中国医学前沿杂志(电子版). 2016(11)
[8]数字PCR技术原理及应用[J]. 李春勇. 生物技术世界. 2014(11)
[9]遗传算法粒在二维最大熵值图像分割中的应用[J]. 欧萍,贺电. 计算机仿真. 2011(01)
[10]蒙特卡罗方法与拟蒙特卡罗方法解线性方程组[J]. 赖斯,卢秀玉. 东华大学学报(自然科学版). 2010(02)
博士论文
[1]微滴数字PCR技术动态监测非小细胞癌患者血浆游离DNA EGFR基因突变[D]. 邱斐.北京协和医学院 2015
硕士论文
[1]基于微滴式数字PCR的食品中GⅡ型诺如病毒和副溶血性弧菌活菌检测技术的研究[D]. 管锦绣.华南理工大学 2018
[2]基于微滴式数字PCR技术的甲型流感病毒绝对定量研究[D]. 冯兆民.中国疾病预防控制中心 2017
[3]梅毒螺旋体核酸检测及基于微滴式数字PCR技术的梅毒螺旋体核酸绝对定量方法学研究[D]. 成媛媛.安徽医科大学 2017
[4]核酸的检测技术及相关标准物质研究[D]. 柳方方.北京化工大学 2012
本文编号：3496283
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3496283.html
教材专著
