基于生物芯片的PCR仪器及其低功耗准则下的PID控制算法优化

空间的微重力环境减少了热对流,使得PCR仪器升温过程相对容易,同时给降温过程带来了困难.更重要的是由于空间资源的限制,小体积、低功耗成为了仪器设计的基本要求.针对这种情况,采用半导体加热制冷片为基片,以生物芯片方式设计PCR反应区,实现了基于低功耗单片机控制电路设计的便携式芯片PCR仪器.同时,为进一步优化功耗,采用PID算法进行反应温度控制的基础上,通过Kalman滤波预测控制算法以降低设备功耗.经测试验证,该仪器温控偏差优于0.5℃,成功实现了DNA片段的扩增,整机平均工作功耗小于3.5 W,能够较好满足空间PCR实验的要求