应用于肿瘤细胞基因表达水平分析的微流控芯片

近年来快速发展的微流控技术为单细胞基因诊断的基础研究提供了一个有力的平台,微流控芯片具有样品和试剂低消耗、快速实时、大量样本平行处理等优点,还可以使分析过程自动化、防止污染以及完成自动高效的重复实验。本文主要介绍一种用于高通量单细胞基因表达水平分析的微流控芯片技术平台。芯片集成了单细胞捕获、裂解、纯化、逆转录等生物样品处理单元,通过内置气动微阀实现细胞反应腔的独立寻址,从而实现单细胞处理与分析整个过程的自动化操控。实验结果显示了此平台可以实现基因表达水平稳定性的评估,具有应用于肿瘤早期诊断领域的潜力。     

低成本聚合物微流控芯片加工技术综述

针对传统微流控芯片加工方法成本高昂、耗时长的问题,近年来出现了多种低成本的微流控芯片加工方法,在聚合物、纸等材料上加工、完成了能够满足其应用需求的微流控芯片。对当前各类基于聚合材料的低成本微流控芯片加工技术进行了梳理和总结,并对未来低成本微流控芯片的发展进行了展望。     

微流控芯片技术在心肌标志物检测中的应用综述

心肌标志物的检测异常,是急性心肌梗死的重要诊断指标之一。对心肌标志物的监测可直接影响心血管疾病患者的临床诊断、危险分层、治疗方案选择和预后判断。微流控芯片集进样、预处理、分离和检测于一体,具有样品需求量小、便携、分析快速等特点,是理想的心肌标志物检测平台。文章根据检测方法的不同,综述了近年来利用微流控芯片平台对心肌标志物的检测。已有检测方法中主要是光学和电学方法。随着传感器技术的发展,更多检测方法被采用。通过及时的综述概括,既可对已有技术和方法起到归纳作用,又可促进微流控芯片在心肌标志物即时诊断领域的发展。     

微流控制系统在DNA计算中的应用

DNA计算系统以人工合成或自然存在的DNA分子作为信息存储的媒介,通过分子生物工程技术例如PCR、凝胶电泳、酶反应实现计算过程。文章简要介绍了DNA计算的原理、特点及研究概况,从对DNA及蛋白质分子的操控及检测两个方面详细分析了微流控制系统在DNA计算中的应用。研究了生物芯片在集成DNA计算系统中的作用,随着可集成的功能通用化、结构三维化生物芯片系统的出现,基于生物芯片的DNA计算系统将可能成为DNA计算机的一种重要实现途径。     

用于DNA计算的微流控制系统研究进展

分析了应用于生物工程目的微机电系统——微流控制系统在DNA计算机研究中的相关进展。从对DNA及蛋白质分子的操控及检测两个方面介绍了微流控制系统的研究进展，论述了微流控制系统向复杂化、空间结构三维化的发展方向。分析了国内外对显微结构下目标三维检测的最新研究进展，针对DNA计算中的输入输出问题给出了微流控制解决方案。     

基于激光诱导的细胞荧光成像系统研制

分析了激光诱导荧光法检测钙离子浓度的原理.并利用微流控芯片在细胞培养和检测上的独特优越性,设计实现了基于微流控芯片的测量细胞内钙离子浓度变化的显微荧光成像系统.在对微流控芯片技术研究的基础上设计制作了微流控芯片,并设计了显微系统、快速波长切换系统、CCD成像系统等.利用这套显微荧光成像系统对活体细胞的荧光图像进行采集....     

用于血样前处理的BioMEMS微流控芯片

基于BioMEMS技术,研制成三种血液样品前处理微流控芯片,分别介绍了血样前处理微流控芯片的原理、结构、制备技术以及样品前处理效果.基于错流过滤原理,设计了用于血细胞分离的错流过滤微结构,采用深刻蚀技术在硅片上刻蚀出直径为20μm,高度为50 μm的圆柱阵列;基于化学法破裂细胞,设计了用于血细胞破裂的夹流式微沟道,采用湿法腐蚀技术在硅片上腐蚀出深度约为80μm的微沟道;基于固相萃取原理,设计了用于DNA提纯的介孔固相载体,采用电化学阳极腐蚀技术在硅微沟道内表面制得表面积为300m2/g的介孔层.分别在芯片上实现了血细胞的分离、血细胞的破裂以及DNA的提纯.     

基于小波能量元和改进双阈值函数的微流控芯片信号去噪方法研究

微流控芯片技术是一种新型的分析检测技术,可广泛应用于生物、化学、医学等领域。为提高微流控芯片信号去噪效果,本文提出了一种基于小波能量元和改进双阈值函数的去噪方法。构建了基于指数和对数函数的小波能量元双阈值函数,继而设计了微流控芯片信号去噪算法。以模拟的微流控芯片信号为研究对象,对比选择db4小波基进行了4层分解去噪仿真实验。仿真结果表明,本文方法优于现有的普通阈值法、空域相关法和能量元浮动阈值法。该方法已应用于自主研发的非接触式微流控芯片便携式分析诊断仪,去噪效果良好,有效提升了设备性能。     

基于微流控芯片的乳腺癌肿瘤干细胞富集

为了克服传统方法低通量、低精度、低控制性和低效率的缺点,提出一种基于微流控技术研究肿瘤干细胞。基于二甲基硅氧烷,设计三层结构微流控芯片,结构包括细胞及培养液注入层、中间悬浮培养层和废液处理层。采用真空等离子氧化处理完成对准键合。芯片实验结果证明了微流控芯片的可行性和有效性。     

面向电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片设计

设计了一种用于微尺度流动状态下电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片,包括微流控芯片的结构设计、材料选择和加工工艺。设计的微流控芯片包含3个圆形电极横截面,每个横截面包含一组电极阵列。该阵列有3种数目的电极,分别为8电极,12电极和16电极。之后通过数值仿真方法实现了三种电极数目（8,12和16）微流控芯片的电阻抗成像,并与之前研究出来的菱形横截面8电极微流控芯片进行了对比,发现设计出来的16电极圆形微流控芯片具有较高的成像质量,验证了微流控芯片用于细胞电阻抗成像检测的可行性。     

DNA计算的研究进展及展望

DNA计算是在计算科学和分子生物学的基础上发展起来的一个新颖而极具发展潜力的学科。由于它具有信息处理的巨并行性、低耗能以及高存储密度等特点,DNA计算已被广泛应用于解决各种复杂性计算问题以及模拟电子计算机进行四则运算。DNA计算机的研制也正在向着实用化阶段迈进。综述了当前DNA计算的运行机理与计算模型,重点讨论了当前研究的热点与难点问题,并对未来的发展进行了展望。     

Towards a re-programmable DNA computer

Microreactors lend themselves to a relatively simple implementation of DNA computing. Not only is the design of the DNA library critical for the success of the system but also the architecture of the microfluidic structure. Microreactors can be configured as Boolean operators. This paper will show that biomolecular computing can be performed with elementary building blocks, analogous to electronic logic gates. These logical operations will be performed using negative selection. Furthermore, an alternative bead barrier is introduced which can render the computer re-programmable and shows an principle architecture for selection and analysis.     

Experimental efficiency of programmed mutagenesis

Mismatched DNA annealing followed by strand replication can cause the programmed evolution of DNA sequences. We have reported that this process is theoretically equivalent in computational power to a desktop computer by demonstrating a constructive way to encode arbitrary computations as DNA molecules within the framework of programmed mutagenesis, a system that consists solely of cycles of DNA annealing, polymerization, and ligation.^1,2) Thus, programmed mutagenesis is theoretically universal and we report here the experimental efficiency of its primitive operations. The measured efficiency of an in vitro programmed mutagenesis system suggests that segregating the products of DNA replication into separate compartments would be an efficient way to implement molecular computation. For computer science, using single DNA molecules to represent the state of a computation holds the promise of a new paradigm of composable molecular computing. For biology, the demonstration that DNA sequences could guide their own evolution under computational rules may have implications as we begin to unravel the mysteries of genome encoding and natural evolution. Julia Khodor, Ph.D.: She has just received her Ph.D. in Electrical Engineering and Computer Science from MIT and is now enjoying her time off with her new daughter. She received her B.S. in Mathematics with Computer Science and B.S. in Biology in 1996 and her M.S. in Computer Science in 1998, all from MIT. Her graduate research was in the area of biological computing, primarily focusing on programmed mutagenesis. She is looking forward to the joys and challenges of an academic career. David K. Gifford, Ph.D.: He is a professor of computer science and electrical engineering at MIT, where he leads a research group investigating issues in computational functional genomics. His research interests include understanding data from high-throughput experimental systems using probabilistic modeling techniques. He received a Ph.D. in computer science from Stanford University.     

Floating point arithmetic teaching for computational science

Computational science is based upon numerical computing and, consequently, requires excellent knowledge of floating point computer arithmetic. In general, the average computational science student has a relatively limited understanding of the implications of floating point computation. This paper presents an initiative to teach floating point number representation and arithmetic in undergraduate courses in computational science. The approach is based on carefully designed practical exercises which highlight the main properties and computational issues of finite length number representation and arithmetic. In conjunction to the exercises, an auxiliary educational tool constitutes a valuable support for students to learn and understand the concepts involved. Simpler formats are used as an introduction to the IEEE 754 standard, with the aim of presenting the fundamentals of the floating point computation and emphasizing its limitations. This approach could be included in courses related to computer organization, programming, discrete mathematics, numerical methods or scientific computing in computational science curricula.     

一种DNA计算机与电子计算机之间的通信模型

提出了一种DNA计算机和电子计算机之间通信的层次模型.首先,为了使电子计算机能够对DNA计算进行控制,研究并设计了适合于DNA计算的反应器;然后给出了DNA计算机与电子计算机之间通信的层次模型;最后描述了选择操作在该层次模型上的求解方法以表明其可行性.本文工作为发展DNA计算机和电子计算机相集成的杂合计算机提供了一种通信模型和方法.     

利用脱氧核酶调控基因表达的DNA计算模型研究(英文)

用于逻辑调控基因表达分子自动机的研究是DNA计算的重要研究领域．文中将脱氧核酶技术应用于DNA计算研究当中,利用脱氧核酶的特性,特别是可以作为反义药物的特点,作为构建分子自动机的主要材料,设计了调控基因H—ras表达的DNA计算模型,而且模型也可适用于其它过表达基因的调控．结合DNA计算具备的高度并行性和智能性的优点,该模型为DNA计算在基因表达调控方面的应用做了进一步探索．     

基于DNA序列的计算技术

DNA计算是由生物学和计算机科学相互结合形成的交叉学科,该文将对此学科的发展进行介绍。首先介绍如何借助于处理DNA序列的方法来解决卖货郎问题,并以此表明DNA计算的可行性;再对DNA的切片重组系统和图灵机系统进行比较,以此说明用切片重组系统来实现图灵机功能的可行性,最后简单介绍待解决的问题.     

论计算思维工程化的层次结构

探讨Wing的计算思维并分析它的局限性,根据计算杌科学与技术中的理论、技术、工程、工具、服务和应用将Wing的计算思维推广到计算机思维,然后讨论计算思维(或计算机思维)的工程化并提出计算思维工程化的层次结构.这一研究将有益于对计算思维、computing思维和computing作为一个学科的理解和研究.     

基于纠错码编码理论的DNA编码研究*

作为一种新的计算模式,DNA计算有着强大的计算能力,编码问题在DNA计算中占据重要的位置,有效的编码设计能够提高DNA计算的可靠性。基于纠错码编码理论,提出了一种新的DNA编码方法,该方法可以找出具有一定长度且满足汉明距离约束的DNA编码序列。最后,给出了该算法的仿真,结果表明了该算法的有效性。     

三维宏观拟颗粒模拟程序计算代码优化研究与实现

粒子方法是过程工程领域的重要研究手段。粒子模拟是粒子方法在计算机上的实现。粒子方法具有计算强度大的特点,随着粒子模拟系统规模的扩大,如何在现有计算机硬件设备基础上提高粒子模拟程序的性能,缩短模拟时间,成为目前相关研究中所关注的问题之一。本文在分析粒子模拟程序代码特点的基础上考察循环优化技术,并通过编译优化,代码改造等手段对一个典型粒子模拟程序——三维宏观拟颗粒模拟程序进行了计算代码的优化,进而总结出具有普适意义的计算代码优化建议。