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海底沉积物温度探针研究与设计

海底沉积物温度探针研究与设计

作者：刘庆鹏齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着全球经济发展加快,陆地上有限的矿产资源消耗日益增加,海底资源开发成为拓展资源空间的必经之路,使得海底沉积物温度探针技术受到越来越多的关注。同时海底温度探测技术也被广泛应用在地理调查中,海底的各种地理活动,如地壳运动、... 详细信息

随着全球经济发展加快,陆地上有限的矿产资源消耗日益增加,海底资源开发成为拓展资源空间的必经之路,使得海底沉积物温度探针技术受到越来越多的关注。同时海底温度探测技术也被广泛应用在地理调查中,海底的各种地理活动,如地壳运动、热泉喷涌、火山爆发等都会直接或间接产生吸热或放热活动,这些地理变化也直接影响着海底温度值的变化。上个世纪五十年代开始,国外温度探针技术出现,使得海底温度探测的精度和速度得到较大提升。但由于技术限制,以现在的视野来看,这些探针普遍存在测量速度慢,探针体积大,操作系统操作不便的缺点。研发新型温度探针探测设备,进行海底温度探针技术的研究具有十分重要的意义。本文主要开展了尾翼可调式温度探针系统的机械结构和控制系统的研究,实现了一种实用化的温度探针运动控制算法,并将其应用于研制的温度探针样机上。在机械设计方面主要对探针的机械外形和机械结构进行设计,重点设计了探针的舱体和尾翼,并对舱体的耐压强度和探针的流线型设计做仿真分析,提高了探针的稳定性。在硬件方面主要对舱体内的硬件进行设计,根据设计要求选用易操作、高性能的主控板和姿态控制模块,并研制了温度探针测温模块,提高了温度测量的精度和速度。在控制算法方面首先建立机体坐标系和惯性坐标系,分析探针的运动过程,定义探针尾翼标号和控制范围,最终基于PID控制方法实现了探针运动控制算法。同时研究温度数据处理算法,实现了温度测量和温度数据异常值的处理。在实现了硬件搭建和算法设计的基础上,对上位机软件需要实现的功能进行需求分析,根据软件动态过程,具体定义通信协议和设计人机交互界面。最后进行系统模拟实验说明设计的先进性。实验结果表明,本文研究的温度探针具有运动控制算法高效,探针控制性强,测温速度快、精度高,上位机软件操作方便的特点,具有实际的工程应用意义。

关键词：探针设计姿态控制温度测量

基于K-mer相似性算法的DNA探针设计系统

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基于K-mer相似性算法的DNA探针设计系统

作者：崔晓飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着基因组数据的增长、DNA寡核苷酸合成与芯片技术的进步,寡核苷酸微阵列成为了最广泛使用的高通量分子工具之一。DNA微阵列的检测精度在很大程度上取决于DNA探针设计的好坏,因此,如何设计出具有高特异性、灵敏性以及一致性的探针十分... 详细信息

随着基因组数据的增长、DNA寡核苷酸合成与芯片技术的进步,寡核苷酸微阵列成为了最广泛使用的高通量分子工具之一。DNA微阵列的检测精度在很大程度上取决于DNA探针设计的好坏,因此,如何设计出具有高特异性、灵敏性以及一致性的探针十分关键。此外,如何提高DNA探针设计效率,在DNA序列数据激增的今天同样重要。本文通过分析DNA探针设计中序列比对问题的特性,提出了针对DNA探针设计的全局比对算法——K-mer相似性算法。该算法能够得到与动态规划算法Needleman-Wunsch同样的结果,但是速度达到前者的60多倍。设计并实现了基于K-mer相似性算法的DNA探针设计系统,为用户提供快速的、高质量的DNA探针设计服务。本文通过分析当前DNA探针设计软件所考虑的影响DNA探针特异性、灵敏性、一致性的因素,综合使用了低复杂度区域过滤、最大连续匹配长度过滤、探针与非目标序列最大相似性限定、DNA探针GC含量过滤、熔解温度Tm值过滤以及自由能?G过滤,以便保证所设计的DNA探针具有高特异性、灵敏性与一致性。除此之外,本系统不仅可以为每个基因序列设计特异探针,而且可以为不存在特异探针的序列设计组探针。在文章最后,我们对DNA探针设计系统进行了测试。首先,分别对DNA探针设计系统的主要模块进行了功能测试,测试结果表明,系统的各个子模块表现良好,基本达到设计要求。然后,对系统的核心算法进行了测试,并与DNA探针设计系统中常用算法进行了比较,结果表明,本系统所采用的算法在保证准确性的同时,具有较高的效率。最后,对系统的总体性能进行了测试,与现存DNA探针设计软件相比,本系统在满足高精度的情况下具有很不错的性能表现,是进行DNA探针设计的良好选择。

关键词： DNA芯片探针设计全局比对 K-mer相似性算法

国境口岸致病微生物检测基因芯片探针设计新方法的研究

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生物医学工程学杂志 2009年第3期26卷 643-646,652页

作者：陆琳刘国传张惠媛孙福军陈广全北京出入境检验检疫局北京100026

SNP位点选择是是国境口岸致病微生物基因芯片检测探针设计的关键环节,目前主要依靠手工完成,严重影响着检测速度和检测质量。我们提出了一种基于遗传算法的SNP位点的自动选择方法,该方法运用粗糙集理论评估SNP位点组合的分类能力,综合... 详细信息

SNP位点选择是是国境口岸致病微生物基因芯片检测探针设计的关键环节,目前主要依靠手工完成,严重影响着检测速度和检测质量。我们提出了一种基于遗传算法的SNP位点的自动选择方法,该方法运用粗糙集理论评估SNP位点组合的分类能力,综合与检测实验密切相关的设计指标,采用遗传算法进行优化搜索。实验结果表明,该方法具有很好的稳健性和较快的收敛速度,能够准确地寻找致病微生物的SNP位点组合,为大规模的检测基因芯片探针自动设计提供了快速可靠的途径,缩短了国境口岸致病微生物的检测时限,提高了检测结果的准确性。

关键词：国境口岸基因芯片探针设计遗传算法粗糙集

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光纤生物传感器探针锥形设计及参数优化

传感技术学报 2008年第1期21卷 36-40页

作者：刘茜倩许雪梅李维吴建好王华夏辉中南大学物理科学与技术学院长沙410083

对免疫型光纤生物传感器的关键部件——光纤探针进行了分析。以模式匹配理论计算出的匹配半径为基础,采用图解法分析激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹。根据倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,结合不同形状的探针内面对光线反... 详细信息

对免疫型光纤生物传感器的关键部件——光纤探针进行了分析。以模式匹配理论计算出的匹配半径为基础,采用图解法分析激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹。根据倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,结合不同形状的探针内面对光线反射角的影响,提出抛物线锥形光纤探头,并对抛物线参数进行了比较。计算结果表明,为使入射光在均匀感应部分激发的能量最大,入射角在锥形感应部分必须满足在锥形终端最小且刚好是临界角的条件。通过对抛物线参数的选择,在锥形过渡段入射角在满足全反射的同时更接近于临界角,从而激发出更大的倏逝波,并与实验结果较好地符合。

关键词：传感器探针设计几何光学透射深度入射角

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基于后缀数组的肽核酸芯片探针设计

基于后缀数组的肽核酸芯片探针设计

作者：陈熹中南大学

学位级别：硕士

摘要：随着人类基因组计划和一些生物全基因组序列测定的完成,微阵列技术飞速发展,基因芯片以其高通量、微型化和自动化等优点成为医学基因诊断的重要工具。芯片探针的设计和筛选是制备高质量基因芯片关键步骤之一。随着生物信息学技术... 详细信息

摘要：随着人类基因组计划和一些生物全基因组序列测定的完成,微阵列技术飞速发展,基因芯片以其高通量、微型化和自动化等优点成为医学基因诊断的重要工具。芯片探针的设计和筛选是制备高质量基因芯片关键步骤之一。随着生物信息学技术与方法研究的不断深入,为探针的设计提供了有效的途径,目前,已有不少针对DNA的探针设计软件被开发出来,显示出各自的优势和局限性。肽核酸（PNA）作为DNA的类似物,已在芯片领域显示出其重要性,但现在还没有专门针对PNA的探针设计软件。本论文根据PNA分子与核酸分子的物化性质的差异,结合参考传统核酸探针筛选的三个基本标准：特异性、敏感性和熔点（Tm）,提出了一种设计PNA芯片探针的方法,主要内容如下。论文着重探索了探针的特异性选择部分,使用后缀数组与MAFFT （multiple sequence alignment based on fast Fourier transform）方法相结合,检测并覆盖靶标的串联重复部分。本文还根据PNA探针的特性制定了探针筛选标准,包括用专门的PNA探针解链温度公式来进行计算Tm值,采用限制连续的嘌呤个数来克服PNA探针的自身聚集现象,等等方法。在此基础上,获得合格的芯片探针集。以Microsoft Visual Studio2010为开发平台,C#为开发语言,结合上述的算法,得到一个界面友好的PNA芯片探针设计系统,用户可以依据设计需要调整探针设计参数,可以在窗口中查看筛选结果,还可以将结果文件保存下来,进行查看和分析。模拟实验以人类FRDA基因的启动子和外显子为靶标,利用该程序获得一组有效的探针,并通过手动方法对部分所获探针进行逐条分析,验证了该程序的可靠性。

关键词：基因芯片传统核酸探针 PNA探针串联重复序列探针设计

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冷热交替治疗仪的探针设计及应用

冷热交替治疗仪的探针设计及应用

作者：蔡张浩上海交通大学

学位级别：硕士

肿瘤的冷热交替治疗可以克服单冷和单热疗法的不足,提高肿瘤的治愈率,同时可以保护正常的组织不受损害,已成为近年肿瘤热物理治疗研究的一个热点方向。本实验室自主研发的冷热交替治疗仪,用液氮作为冷媒制冷,射频加热。目前正在进行大... 详细信息

肿瘤的冷热交替治疗可以克服单冷和单热疗法的不足,提高肿瘤的治愈率,同时可以保护正常的组织不受损害,已成为近年肿瘤热物理治疗研究的一个热点方向。本实验室自主研发的冷热交替治疗仪,用液氮作为冷媒制冷,射频加热。目前正在进行大量的动物实验,但原有探针在进行动物实验时存在治疗探针不能与皮下肿瘤完全有效接触,治疗效果被削弱的问题。本研究的主要目的是为冷热交替治疗系统研制新型的探针。针对动物实验中不同类型、不同尺寸的肿瘤,设计并制造新型的治疗探针,并增加测温功能。新型探针是基于数值模拟以设定探针参数。本研究通过精确建模和数值模拟,研究了内管直径、探针长度、入口压力等因素对制冷效果的影响。发现较大的内管直径和较长的探针长度以及较高的入口压力使治疗探针的制冷能力增强。同时还研究了射频对组织的作用,发现新型平面探针在加热时由于对组织作用面积大,加热均匀,不会产生组织的焦化现象。根据数值模拟优选出达到最好疗效的探针参数,并考虑实际操作对探针尺寸的限制,本文最终确定了针对不同类型和尺寸肿瘤的探针参数,并制作了相应的探针。通过对探针在胶体内温度场的直接测量,验证了模拟结果的准确性。新型探针被用于小鼠的皮下肿瘤治疗,以及兔子肝脏肿瘤治疗的研究。对移植过皮下肿瘤的小鼠进行过冷热交替治疗。通过对治疗方案的不断摸索,现在对直径小于1cm的皮下肿瘤有较高的治愈率,约为87.5%。新型探针是冷热交替治疗仪的重要组成部分,为研究冷热交替疗法治疗各种肿瘤的效果提供硬件基础。本文中对影响探针制冷效果的因素的讨论,以及探针参数的选择对今后设计医用治疗探针有重要借鉴意义。

关键词：探针设计数值模拟冷热交替治疗热物理治疗

再测序DNA微阵列的等长变覆盖探针设计方法

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东南大学学报（自然科学版） 2004年第2期34卷 215-218页

作者：谢建明方辉胡弘陆祖宏孙啸东南大学分子与生物分子电子学教育部重点实验室南京210096

针对再测序DNA微阵列的寡核苷酸探针设计 ,提出了 2种等长变覆盖的方法 :①基于Tm距离的探针优化方法 ,从冗余探针集中逐步删除具有最大Tm 距离的探针 ;②应用遗传算法 ,将候选探针集编码为染色体 ,通过选择、交叉和变异等遗传操作得到... 详细信息

针对再测序DNA微阵列的寡核苷酸探针设计 ,提出了 2种等长变覆盖的方法 :①基于Tm距离的探针优化方法 ,从冗余探针集中逐步删除具有最大Tm 距离的探针 ;②应用遗传算法 ,将候选探针集编码为染色体 ,通过选择、交叉和变异等遗传操作得到最大适应度的探针集 .这 2种方法 ,都能在探针长度相等的情况下 ,通过改变相邻探针之间的覆盖度使探针的Tm 值尽可能保持一致 .实验结果表明 :等长变覆盖法得到的探针集整体优于等长移位法和变长变覆盖法的结果 ,具有更好的杂交条件一致性 .

关键词：探针设计再测序DNA微阵列等长变覆盖法遗传算法

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用于寡核苷酸探针设计的ARB软件

生物信息学 2017年第2期15卷 127-133页

作者：王敬敬赵维黄志勇天津市工业生物系统与过程工程重点实验室(中国科学院天津工业生物技术研究所) 天津300308

探针设计是制备高质量基因芯片的重中之重。ARB软件是用于设计系统发育芯片(Phylo Chip)探针的主要软件,然而由于安装困难、相关中文文章较少等原因,阻碍了其在国内的广泛使用。本文详细介绍了ARB软件的安装方法、探针设计及其他功能。... 详细信息

探针设计是制备高质量基因芯片的重中之重。ARB软件是用于设计系统发育芯片(Phylo Chip)探针的主要软件,然而由于安装困难、相关中文文章较少等原因,阻碍了其在国内的广泛使用。本文详细介绍了ARB软件的安装方法、探针设计及其他功能。这将有助于用户快速使用ARB软件进行探针设计,促进系统发育芯片的发展及其在各领域的应用。

关键词： ARB软件探针设计基因芯片

寡核苷酸芯片探针设计的方法设计与在线应用系统构建

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寡核苷酸芯片探针设计的方法设计与在线应用系统构建

作者：郭雅宾清华大学

学位级别：硕士

近年来,基因芯片技术受到科研人员的广泛重视,已被应用于生命科学研究的诸多领域。通常,基因芯片技术流程包括探针设计、芯片制备、样本标记、芯片杂交、信号检测和结果分析。作为基因芯片技术流程的最初步骤,探针设计的优劣直接影响到... 详细信息

近年来,基因芯片技术受到科研人员的广泛重视,已被应用于生命科学研究的诸多领域。通常,基因芯片技术流程包括探针设计、芯片制备、样本标记、芯片杂交、信号检测和结果分析。作为基因芯片技术流程的最初步骤,探针设计的优劣直接影响到最终的实验结果。探针设计主要是根据探针的同一性、灵敏性和特异性的要求,制定多个标准筛选靶标的候选探针,使得被筛选出的探针能与靶标结合而与非靶标不发生结合,且整个芯片上的所有探针具有相似或相同的杂交性质,其中涉及到大量计算任务,生物信息学的技术与方法可以很好地应用到这个工作中来,有效地完成探针设计任务。基于基因芯片的种类包括寡核苷酸芯片和cDNA芯片,而且其靶标的类型可以是基因组DNA、基因、转录本或外显子,本论文首先提出了一种靶标类型特异的寡核苷酸芯片探针设计方法,使得不同类型的靶标其探针设计的具体过程有所不同。其次,根据探针的同一性、灵敏性、特异性要求,制定了一套完备的候选探针筛选标准。对于不能满足筛选标准的候选探针,设计了一个候选探针打分方法,应用此方法求得的距离分值可以量化该候选探针与筛选标准的距离。当某个靶标的所有候选探针都不能通过筛选标准时,仍然可以根据各个候选探针的距离分值选择出该靶标的最优探针。最后,为了方便研究人员使用此探针设计方法,本研究还开发了omniProbe在线寡核苷酸芯片探针设计系统。用户可以根据靶标类型的不同,通过相应的网络接口提交探针设计任务。当该任务完成后,系统会自动给用户发送邮件提示,用户还可以通过该邮件中的链接在线查看探针设计结果,并下载所有结果文件用于后续的分析与研究。总之,本论文提出的探针设计方法可以适用于不同类型靶标的寡核苷酸芯片探针设计要求,用户使用我们开发的在线应用系统omniProbe可以方便的完成他们的探针设计任务。

关键词：探针设计寡核苷酸芯片基因芯片生物信息学