凝胶电泳技术是一种依据分离对象不同物理性质实现分离的技术,其操作简单,所需设备价格相对低廉,因此被广泛应用于核酸及蛋白质分离等领域。传统的平板电泳(Slab Gel Electrophoresis,SGE)装置存在电泳时间长、试剂消耗量大、激发光是紫外波段,对人体有潜在危害等不足,而且需要离线的成像装置。为能够克服上述不足,本文研制出一种能快速电泳且能对电泳过程实时成像的电泳仪,该仪器能够有效缩短电泳时间,降低试剂消耗量,使用可见光光源对人体无害。本文主要包括快速凝胶电泳及实时成像装置中的机械、电路控制系统、软件三个部分。(1)机械部分主要包括装置零部件以及SGE芯片,其中SGE芯片是完成凝胶电泳的核心部件,芯片泳道的三维尺寸是经过大量理论与实验摸索总结出来的,能够分离不同长度的DNA片段。(2)电路控制系统主要介绍单端反激隔离式开关电源以及相应的驱动电路。根据实验需求,单端反激隔离式开关电源的控制电压范围0.5-10.5 V,输出功率25 W,输出电压的范围为12-250 V,输出电压的纹波不超过350 mV,且输出电压可步进增加,步进长度为1 V,产生高压时的过冲电压不超过5 V。驱动电路主要介绍STM32F103RBT6芯片,此芯片主要功能是与PC端相连,将PC上的电压值命令以ASCII码的形式发送到下位机,下位机通过驱动芯片对其进行处理,在电路中产生与输出电压相匹配的控制电压,之后通过开关电源输出与PC上电压一致,同时驱动芯片对输出电压进行实时采样,再把信号传送到PC端,这样就可以完成在PC端对下位机进行参数设定。(3)软件部分主要介绍SGE软件如何对电泳过程进行实时监控,以及对凝胶电泳结果的识别和分析。此软件可以通过串口通信控制下位机的开始和结束,可以设置不同的电泳电压和电泳时间,同时实时采集CCD上的图像信息并且呈现在软件界面上;还可以对某一时间的电泳图像进行拍照采集。此外,软件可以对凝胶电泳的结果进行分析,通过Canny轮廓检测算法和局部自适应阈值二值化算法对条带进行识别,运用霍夫变换-直线检测以及聚类分析算法,分析哪些条带属于同一泳道,且软件将每个条带的相对迁移距离做成表格,通过此表格可以对数据进行线性拟合,推算出待测DNA样品的长度,方便研究员对未知DNA样品的判断。