哈尔滨工业大学专业学位硕士论文
摘要
核酸检测在近代医学中被广泛应用于诊断和监测传染性疾病，在应对区域
性传染疾病、流行病学调查、疫苗研发等方面有着不可替代的作用，是当前科
学有效的病原体检测手段。但传统核酸检测流程繁琐，全程需要人工取样操作
处理，存在效率低下和耗时长的缺点，并且检测人员面临交叉感染风险，无法
有效应对当前全球大规模突发性卫生事件。而全自动核酸检测仪器可以实现自
动化操作，提高检测效率和准确性，减少人工干预风险，能够快速地进行大规
模核酸检测。因此研制一款全自动一体化的快速核酸检测仪器是非常有必要的。
本文分析了当前核酸检测链条各部分操作流程，采用从顶至下的功能模块化设
计方法搭建了具备准确率高、快速检测、自动控制的一体化核酸检测仪器的原
型样机。
首先，分析了当前核酸检测仪器的功能需求，对当前主流核酸检测方法进
行了探讨和选择。将检测流程按照功能拆分为独立功能模块，分别对各模块的
功能动作实现进行设计，完成了仪器的整体机械结构设计。
其次，通过现场通信总线构建仪器的硬件控制结构，对硬件框架中的主控
单元、基本运动单元、旋转电夹爪、荧光检测光路等主要执行器件进行了分析
和选型，完成了仪器内部硬件平台的搭建。
然后，完成了仪器软件平台的设计搭建。使用状态切换和轮询的控制思路，
根据仪器内部运动单元的执行顺序编写主控程序。对电机脉冲控制和恒温控制
算法进行了选取应用，以降低运行过程中的误差。根据仪器外部操作需要，设
计了人机交互界面以满足控制与检测需求。
最后，将软件平台与硬件平台相结合，对仪器样机进行调试与性能测试。
设计并完成了仪器原理性验证实验、恒温控制测量实验和仪器整机功能测试实
验。实验结果证明本文自主研制的核酸检测仪器具备功能完整性，能自动一体
化完成核酸检测。
关键词:一体化；核酸检测；自动控制；快速检测
-I-
哈尔滨工业大学专业学位硕士论文
Abstract
Nucleicacidtestinghasbeenwidelyusedinmodernmedicinetodiagnoseand
monitorinfectiousdiseases.Itplaysanirreplaceableroleindealingwithregional
infectiousdiseases,epidemiologicalinvestigation,vaccineresearchanddevelopment,
andiscurrentlyascientificandeffectivemeansofpathogendetection.However,the
traditionalnucleicacidtestingprocessiscomplicatedandrequiresmanualsampling,
whichisinefficientandtime-consuming.Moreover,thetestingpersonnelfacetherisk
ofcrossinfection,andcannoteffectivelydealwiththecurrentgloballarge-scale
healthemergencies.Theautomaticnucleicaciddetectioninstrumentcanrealize
automaticoperation,improvethedetectionefficiencyandaccuracy,reducetherisk
ofmanualintervention,andcanquicklycarryoutlarge-scalenucleicaciddetection.
Therefore