病原体引起的传染性疾病,是威胁人类身体健康以及造成社会恐慌的主要因素,因此,对病原体传染病监测和防治的工作意义重大。在面对突发的未知病原体疫情时,如何做到快速而准确的筛查、鉴定以及追踪传染源,为研制相应的药物、疫苗以及挽回患者生命争取宝贵的时间,是一个重要的公共卫生问题。近年来,聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)技术已经被广泛的应用于病原生物学的诊断中,此技术通过体外酶促合成特异性DNA实现生物体外的特异性DNA复制。这种可以将微量的DNA在短时间内大量复制的技术,具有特异性和灵敏度高、产率高、操作快速便捷以及重复性好等优势,被广泛应用于医疗检测、生物科研、食品安全监测、农产品检测等方面。传统的核酸检测流程,一般有采样、样本运输、实验室核酸提取、配制检测试剂、混入样本、送入核酸检测仪进行扩增、产物检测等多个步骤,整个流程耗时较长,且实验操作复杂,对环境及人员要求较高,难以满足病原体即时检测的需求。因此,开发体积小通量低的集成式一体化的PCR检测微装置,不仅可以防止交叉污染,还易于实验操作的进行,使得非专业人士也可以进行检测,从而不局限于专门的实验室和训练有素的实验室工作人员。本论文针对细菌等病原体的即时检测,通过研究了自压式气体扩散微泵、微腔式PCR扩增模块与连续流动式PCR扩增模块,提出了一种一体化PCR方法,并且设计了一种基于核酸提取扩增及检测一体化的PCR扩增新装置,将病原体遗传物质的提取、PCR扩增以及产物检测三部分集成为由程序控制的自动化体系,此方法免除了复杂的实验操作流程,节省了人力物力,提高了检测效率。本文主要开展了以下研究工作:对自压式气体扩散微泵进行了设计及实验研究,包括其三种末端模式,分别为基于材料透气性的自压式气体扩散微泵、基于毛细石英管流阻的自压式气体扩散微泵以及基于多倍拉伸毛细特氟龙管流阻的自压式气体扩散微泵。并且综合考虑流体管阻、芯片透气属性与流道几何形状之间的关系,基于菲克定律建立了自压式气体扩散微泵数学模型,为自压式气体扩散微泵实现流体在微管道内的长时间连续、稳定、匀速流动提供新型的控制机理,并实现了高温条件下的单相微流体在长管道中稳定传输与多相流体稳定传输控制。对PCR扩增微装置进行了研究,主要分为微腔式PCR微装置和连续流动式PCR微装置。基于聚合酶链式反应中的变性-退火-延伸三个基本反应步骤,设计并构建包括基于油浴加热的微腔式PCR微装置、片上恒温单热源连续流动式PCR微装置以及片外恒温单热源连续流动式PCR微装置等满足多场景应用的聚合酶链式反应体系,为PCR仪的小型化与高度集成化奠定了基础。并且基于利用帕尔贴效应的片外恒温单热源连续流动式PCR扩增方法设计并搭建了一套PCR原理样机,该样机利用自压式气体扩散微泵实现单相流体在微管道内的长时间匀速稳定流动,并利用半导体制冷片的帕尔贴效应以及陶瓷的导热特性实现了单一恒温热源,达到了体积小、功耗低的目标。研究并设计了一体化核酸预处理扩增检测的PCR微装置。该装置体积小、便携化、成本低、操作简单,可实现病原体自动化、高特异、高灵敏检测。研发了基于Chelex-100和蛋白酶K的DNA提取方法,结合高温以缩短操作时间,确定了各成分配比与高温时间的最优化分配方案。为满足不同使用场景,结合微流控芯片技术,研究了片上式和片外式的病原体检测方法,开展了病原体检测系列实验,对提取细菌和人类毛发等核酸的性能进行评价,实现了“sample-in-answerout”的检测目标。此外,微装置中的微型凝胶电泳产物检测模块不仅可以应用于病原体核酸扩增后的产物检测,还可以后续应用于流行病序列分析、追踪传染源、基因测序等方面。综上所述,本文针对PCR装置中的微泵模块、扩增模块,以及病原体的核酸预处理扩增检测一体化PCR微装置的研究,简化了样本检测步骤,降低了样本检测时间,为生命科学的研究提供了一种新的分析方法。