随着分子检测技术的快速发展,近年来检验检疫现场快速基因检测、突发传染病的应急处理、临床体外诊断等基因检测的需求日益强烈。具有全封闭、全自动化、快速、无生物安全隐患等特点,可以实现“样品进→结果出”的基因提取、扩增和检测于一体的全自动化装置成为了全球研究热点。本文利用生物、光电、机械、计算机等多学科技术,提出了基于基因提取、扩增、检测的一体化装置设计方案,围绕着生物功能模块、自动化控制原理技术进行了较为深入的研究和设计,并对荧光激发系统和装置软件设计进行了深入研究。本文研究的一体化装置主要包含软件、硬件两个方面。在硬件设计方面选用STM32作为控制芯片,依据模块化设计理念,将下位机划分为多个子模块:选用CH340与CAN通讯方式建立了装置通讯网络;设计统一的PID控制器硬件模块实现稳定的温度调节和电机转速调节;设计统一的电机模块对步进电机进行控制;在着重设计荧光激发系统中设计并验证了LED光源驱动电路和LED准直均匀光路;其次,为装置进行了电快速瞬变脉冲群测试(EFT/B)防护设计。在软件设计方面利用C#技术实现上位机人性化的用户界面设计,利用C语言实现下位机对主电路模块、PID控制器模块和存储参数的控制;同时,着重设计上位机的在线编程功能,实现应对不同实验样本设计不同的生物实验程序。此外上位机和下位机相互协调实现装置的自检和生物实验程序,实现从样本输入到结果输出的自动化实验流程。本文搭建的一体化装置,利用硅质滤芯在不同PH下吸附基因的原理实现基因提取;利用平板PCR的原理实现基因扩增;利用基因芯片上的目标物在激发光下发光,通过扫描成像原理实现基因检测;通过STM32单片机与C#的控制下实现装置的控制与自动化。对装置的温控精度、电机转速精度、移液精度、荧光系统稳定性和整机运动进行了测试,结果表明装置满足设计要求。利用模拟痰液的基因样本进行了基因提取应用实验;利用基因样本及空白对照进行了基因扩增和检测试验,结果验证了一体化装置的生物性能。本文的研究结果为基因提取、扩增和检测一体化技术与装置的研究和应用提供实验基础。