Цель работы – анализ, разработка и выбор оптической схемы детектора флуоресценции для регистрации полимеразной цепной реакции на микрофлюидном чипе, предназначенном для мультиплексного обнаружения социально значимых заболеваний. В результате выполнения работы были проанализированы существующие экспериментальные установки и коммерческие приборы для различных методов молекулярно-генетического анализа. На основе исследований и анализа были созданы и изучены различные варианты оптических схем систем освещения и регистрации. По результатам анализа была выбрана наиболее подходящая схема, отвечающая критериям: а) доступности элементной базы; б) компактности исполнения; в) возможности детекции сигнала от реакционных камер микрофлюидного чипа. Для проведения экспериментов был собран упрощенный макет, на котором была продемонстрирована принципиальная возможность регистрировать и измерять сигналы при концентрации флуоресцеина: 10^-5 M, 5*10^-5 M, 10^-4 M и 10^-3 M. Учтены терминологические особенности предметной области и применены программные средства для решения задач.

The aim of the work is to analyze, develop and select the optical scheme of a fluorescence detector for recording a polymerase chain reaction on a microfluidic chip designed for multiplex detection of socially significant diseases. As a result of the work, the existing experimental setups and commercial devices for various methods of molecular genetic analysis were analyzed. On the basis of research and analysis, various options for optical schemes of lighting and registration systems were created and studied. Based on the results of the analysis, the most suitable scheme was selected that meets the criteria: a) the availability of the element base; b) compact design; c) the possibility of signal detection from the reaction chambers of the microfluidic chip. For the experiments, a simplified layout was assembled, which demonstrated the fundamental possibility of recording and measuring signals at fluorescein concentrations of 10^-5 M, 5*10^-5 M, 10^-4 M, and 10^-3 M. The terminological features of the subject area are taken into account and software tools are used to solve problems.

• РЕФЕРАТ
• Abstract
• Содержание
• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
  • 1 Приборы для молекулярно-генетического анализа
• 1.1 Метод флуоресценции как оптический метод регистрации биологических объектов (молекул)
• 1.2 Методы с использованием полимеразной цепной реакции
  • 1.2.1 Автоматизация ПЦР
  • 1.2.2 Применения ПЦР в биологических науках
  • 1.2.3 Миниатюризация ПЦР на основе микрофлюидной платформы
    • 1.2.3.1 Системы на основе “капельной” микрофлюидики
    • 1.2.3.2 Системы на основе микрочипов
    • 1.2.3.3 Гибридные системы
  • 1.2.4 Технологии, которые произошли от ПЦР
    • 1.2.4.1 Цифровая ПЦР
    • 1.2.4.2 Цифровая ПЦР на основе капель
    • 1.2.4.3 Цифровая ПЦР в стационарных чипах
  • 1.2.5 Нерешенные проблемы в ПЦР
  • 1.2.6 Коммерциализация ПЦР
• 1.3 Микрофлюидные устройства
  • 1.3.1 Материалы для микрофлюидных устройств
  • 1.3.2 Мягкая литография, литье и методы микрообработки для полимерных микроустройств
    • 1.3.2.1 Литье реплик
    • 1.3.2.2 Горячее тиснение
    • 1.3.2.3 Лазерная фотоабляция
• 1.4 Разработки платформы для тестирования биомолекул на месте оказания медицинской помощи (POC)
  • 1.4.1 Платформы POC-устройств
    • 1.4.1.1 POC-платформы на бумажной основе
    • 1.4.1.2 Платформы POC на базе микрочипов
    • 1.4.1.3 POC-устройства с поддержкой мобильного телефона
    • 1.4.1.4 Переносные POC-платформы
• 1.5 Приборы для обнаружения вирусов
  • 1.5.1 Флуоресцентные биосенсоры на базе смартфонов
  • 1.5.2 Микроскопия на смартфонах с использованием штрих-кодов на квантовых точках
• 1.6 Системы детектирования ПЦР в реальном времени
  • 1.6.1 Оптимизация осветительной системы для приборов количественной ПЦР
    • 1.6.1.1 Выбор источника освещения
    • 1.6.1.2 Анализ конструкции осветительной оптики для устройств ПЦР
  • 1.6.2 Конструкция детектирующих систем коммерческих приборов для ПЦР анализа в реальном времени
    • 1.6.2.1 Прибор FastGene qFYR
    • 1.6.2.2 Прибор Rotor-Gene Q MDx
    • 1.6.2.3 Система TOptical Thermocycler
• 1.7 Заключение по главе 1
  • 2 Разработка и анализ оптических схем детектора флуоресценции для регистрации пцр на микрофлюидном чипе
• 2.1 Основные требования к конструкции
• 2.2 Анализ схем
• 2.3 Оптическая схема с конструкцией осветительной части по схеме объектива телескопа
• 2.4 Выбор элементной базы
  • 2.4.1 Выбор фотоприемника
  • 2.4.2 Выбор объектива.
• 2.5 Проверка возможности инвертированного использования дифракционной решетки
• 2.6 Создание и анализ макета
• 2.7 Экспериментальные исследования
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ