核酸分子杂交技术作为核酸检测技术的一种重要的手段,已经成为生物化学、细胞生物学和分子生物学研究中最广泛的技术之一,同时也是临床分子检测的重要技术。近年来,随着对纳米材料研究的深入,研究人员发现,使用磁性纳米颗粒作为固相载体的核酸杂交反应较传统的核酸杂交方式在分离纯化方面更具优势,但反应效率因磁性颗粒沉降和表面的立体空间限制而可能受到影响。因此,为充分发挥磁性颗粒的优势并尽可能克服其不利的一面,有效的途径就是使磁性颗粒在反应中始终处于悬浮运动状态。所以,针对核酸杂交反应体系尤其是微体积杂交体系配备相关的自动化仪器对磁性颗粒进行充分的混匀扰动是很有必要的,但目前尚缺少这方面的研发和应用方面的报道。基于上述需求,在实验室前期建立的磁性纳米颗粒修饰的核酸分子杂交方法的基础之上,本课题进一步研制了适用于磁性纳米颗粒为固相载体的核酸分子动态杂交装置。本论文首先依据磁性纳米颗粒修饰的核酸分子杂交技术和检测方法,确定本系统所需实现的功能和参数指标。然后根据功能需求确定微体积动态杂交仪的各个功能模块,其中包括精确的温度控制模块、液体混匀模块、核心控制模块、人机交互模块以及其他一些辅助模块。在此基础上,完成系统机械结构和控制方案的设计。本系统的温度控制方案采用增量型PID与PWM (Pulse Width Modulation)控制方法中最经典的单周控制法相结合的方式实现对反应腔内温度的精确控制,具有升温速度快、温度均一性好、易于控制等特点。混匀装置设计小巧、灵活,可以实现反应管不同状态下的运动,控制速度在0-40rpm可调,步进电机控制采用梯形加减速算法能够避免步进电机高速启动时失步现象。人机交互采用触摸屏的方式,不仅为用户提供一目了然而又舒适的界面,而且简便了参数设置的操作流程,并能对实验进程进行实时的监控。最后,根据本系统的设计目标,设计相关实验,验证本系统设计的科学性、合理性和实用性。本系统不仅可以为核酸分子杂交反应提供适宜的温度环境,而且可以很好地实现液体中磁性纳米颗粒的混匀,温度控制模块和液体混匀模块都达到了设定指标。最后的杂交实验结果也表明,本系统可以在很大程度上提高分子杂交的效率。