一种RT-PCR核酸检测的仿真方法

一种rt-pcr核酸检测的仿真方法
技术领域
1.本发明涉及一种rt-pcr核酸检测的仿真方法。


背景技术：

2.一种基于rt-pcr(逆转录-聚合酶链反应)的探针(即荧光团标记物)det(即鼻或喉拭子)的插入rt-pcr试剂和rt-pcr模板(针对sars-cov-2 rna)用荧光染料与探针(》)进行rt-pcr反应(》4小时)37℃。rt-pcr模板结合于sars-cov-2 rna，pcr产物正被探针标记扩增ss(单链)dna从rt-pcr模板中被移除，因为完成的绑定。清洗后，或用荧光剂熄灭后检测pcr反应引起的荧光损失，以检测是否存在患者样本中的sars-cov-2 rna。
3.因此，它可以检测sars-cov-2病人样本中的rna。然而探针附加rt-pcr模板主要是成本(》50％)由于染料本身。此外，检测信号是由于存在根本缺陷的负检测，信号稀疏。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种rt-pcr核酸检测的仿真方法。
5.本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，包括以下步骤：
6.步骤s10、提供待检测对象的样本；
7.步骤s20、将样本放置于管道内，并在管道的一端连接注射泵，在管道的另一端的外壁上设置环形电极，使管道内部产生的介电泳力用于分离pcr产物和人体dna，获得实验数据；
8.步骤s30、使用comsol multiphysics软件进行管道模型构建；
9.步骤s40、根据步骤20中的实验参数以及comsol multiphysics软件设定参数在comsol multiphysics软件中对样本检测进行仿真，并获得仿真数据；
10.步骤s50、将实验数据与仿真数据进行比较，当二者的差值在误差范围之外，则改变comsol multiphysics软件设定参数，直到差值在误差范围内。
11.进一步的技术方案是，所述管道为塑料管。
12.进一步的技术方案是，所述环形电极在管道外壁上倾斜10
°
。
13.进一步的技术方案是，所述步骤s30中comsol multiphysics通过基于有限元法求解偏微分方程，实现了对管道电场的模拟。
14.进一步的技术方案是，所述步骤s30中构建是管道二维简化模型。
15.进一步的技术方案是，所述管道二维简化模型是长度为20mm，宽度为5mm的长方体，其正极的宽度为1mm，高为1mm；负极的宽度为2mm，高为1mm。
16.本发明具有以下有益效果：
17.一、成本更低，由于没有荧光探针标记方案，可将成本降低50％以上；
18.二、检测信号增加，阳性检测、密集信号和低背景信号；
19.三、缩短孵化时间，灵敏度更高。
附图说明
20.图1是管道的结构示意图；
21.图2是管道二维简化模型图；
22.图3是管道的电场线示意图；
23.图4是实施例comsol上的构建模型图；
24.图5是实施例中管道中的电场分布图；
25.图6是实施例中施加0v电压之后产生的浓缩效果图；
26.图7是实施例中施加0.1v电压之后产生的浓缩效果图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，包括以下步骤：
29.步骤s10、步骤s10、提供待检测对象的样本；
30.步骤s20、将样本放置于管道内，并在管道的一端连接注射泵，在管道的另一端的外壁上设置环形电极，使管道内部产生的介电泳力用于分离pcr产物和人体dna，其管道的结构如图1所示；
31.本发明中为了获得实验数据，采用一个电场应用系统来应用振荡电场使用商用模拟工具可以实现油管的梯度(ems:电磁场仿真，emworks)。油管外区域的一小部分将被涂上金属膜(或金属带)，在那里由电压函数发电机。为了检测dna的运动，染料染色dna，在激光下发出荧光，并在ccd相机拍照。分离经过紫外检测器和凝胶电泳双重检查。pcr产物与人类dna分离的最佳条件得到后，将会得到用用试纸在健康人鼻子中采集的半真实样本进行测试以及pcr产物插入目的。
32.其中管道中颗粒受到的总应力为
[0033][0034]
流动力：f
flow
＝0(假设流动是水平的)
[0035]
阻力：f
drag
＝6πrηv(层流)
[0036]
电泳力：f
ep
＝0
[0037]
介电泳力：
[0038]
式中：v为流体的速度；uy：y为方向上的粒子速度；r为粒子半径；η为流体的动态粘度；e
rms
为应用场的均方根；ε0为真空电容率；为粒子的复相对介电常数；为流体的复相对介电常数；
[0039]
步骤s30、使用comsol multiphysics软件进行管道模型构建；
[0040]
因为管道是对称的圆柱体，所以取其二维的截面进行分析。图2为我们构建的管道二维简化模型。将管道构建成长度为20mm，宽度为5mm的长方体。正极的宽度为1mm，高为1mm。负极的宽度为2mm，高为1mm。
[0041]
步骤s40、根据步骤20中的实验参数以及comsolmultiphysics软件设定参数在comsol multiphysics软件中对样本检测进行仿真，并获得仿真数据；
[0042]
其中仿真包括：
[0043]
1、电场仿真
[0044]
首先使用comsol当中的电流模块进行电场仿真。给正负电极设置电压后(
±
5v，
±
25v，
±
50v)，软件可以仿真出流管内的电场分布情况。如图3所示，箭头表示电场线，曲线代表等势面。由图3所示的电场线可知，流管内产生的电场为梯度电场。
[0045]
2、pcr与dna轨迹的仿真
[0046]
然后我们使用comsol当中的流体流动颗粒跟踪模块进行生物粒子的轨迹仿真。使用comsol软件进行仿真，从而验证介电泳的分离效果。由模拟结果可知，当不施加电压时，人体dna与pcr产物混杂在一起。当给电极施加电压时，人体dna由于收到介电泳力影响较大，被困在电极附近。pcr产物收到的介电泳力影响较小，可以通过流管，从而实现人体dna与pcr产物的分离。
[0047]
步骤s50、将实验数据与仿真数据进行比较，当二者的差值在误差范围之外，则改变comsol multiphysics软件设定参数，直到差值在误差范围内。其误差精度可在百分之零点内。
[0048]
实施例
[0049]
pcr产物浓缩仿真过程为：
[0050]
1、模型构建；comsol上构建如图4所示的长20mm、宽5mm的圆管用于浓缩pcr产物。
[0051]
如图4所示，电极放置在管道末端附近(距离入口17mm)；电极长度为2mm，宽度为1mm。
[0052]
2、电场仿真；首先使用comsol当中的电流模块进行电场仿真，其图5为管道中的电场分布；
[0053]
3、pcr浓缩过程的轨迹仿真；使用comsol当中的流体流动颗粒跟踪模块进行生物粒子的轨迹仿真。
[0054]
图6展示了施加0v电压之后产生的浓缩效果，图7展示了正极施加0.1v电压、负极施加-0.1v电压之后产生的浓缩效果。其中pcr产物带负电，在电场的作用下向正电极侧移动，并在正电极侧富集，从而实现pcr产物的浓缩，便于检测。
[0055]
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s10、提供待检测对象的样本；步骤s20、将样本放置于管道内，并在管道的一端连接注射泵，在管道的另一端的外壁上设置环形电极，使管道内部产生的介电泳力用于分离pcr产物和人体dna，获得实验数据；步骤s30、使用comsolmultiphysics软件进行管道模型构建；步骤s40、根据步骤20中的实验参数以及comsolmultiphysics软件设定参数在comsolmultiphysics软件中对样本检测进行仿真，并获得仿真数据；步骤s50、将实验数据与仿真数据进行比较，当二者的差值在误差范围之外，则改变comsolmultiphysics软件设定参数，直到差值在误差范围内。2.根据权利要求1所述的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，所述管道为塑料管。3.根据权利要求1所述的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，所述环形电极在管道外壁上倾斜10
°
。4.根据权利要求1所述的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，所述步骤s30中comsolmultiphysics通过基于有限元法求解偏微分方程，实现了对管道电场的模拟。5.根据权利要求1所述的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，所述步骤s30中构建是管道二维简化模型。6.根据权利要求5所述的一种rt-pcr核酸检测的仿真方法，其特征在于，所述管道二维简化模型是长度为20mm，宽度为5mm的长方体，其正极的宽度为1mm，高为1mm；负极的宽度为2mm，高为1mm。

技术总结
本发明公开一种RT-PCR核酸检测的仿真方法，包括：提供待检测对象的样本；将样本放置于管道内，并在管道的一端连接注射泵，在管道的另一端的外壁上设置环形电极，使管道内部产生的介电泳力用于分离PCR产物和人体DNA；使用COMSOL Multiphysics软件进行管道模型构建；对样本检测进行仿真，并获得仿真数据；将实验数据与仿真数据进行比较，当二者的差值在误差范围之外，则改变COMSOL Multiphysics软件设定参数，直到差值在误差范围内。本发明具有以下优点：一、成本更低，可将成本降低50％以上；二、检测信号增加，阳性检测、密集信号和低背景信号；三、缩短孵化时间，灵敏度更高。灵敏度更高。灵敏度更高。


技术研发人员：吴晓勇 李想想 周涞 王辰 韩正泌
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/5/25