聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术，但传统的管式PCR技术存在诸多限制，很难实现自动化快速检测。微流控芯片技术通过微流通道以及微阀、微泵等微流体控制器件，将生化分析中的样品前处理、传输、混合、反应、分离以及检测过程集成到一块微芯片上，从而完成传统分析实验室的所有操作。本论文主要研究集成核酸提取功能的实时荧光PCR微全分析系统，将血液前处理、核酸提取与纯化、PCR扩增与实时荧光检测功能集成，可实现核酸的全封闭操作与自动化检测，达到“样品进-结果出”这一目标。　　论文首先从微流控芯片的设计及制作工艺出发，提出了集成核酸提取微流控PCR芯片的设计方案，并对芯片中微阀、微混合等关键结构进行了分析。芯片由玻璃基底、液路层基片、薄膜、气路层基片等四层构成，集成了样品前处理、核酸提取以及PCR功能模块。在对微流控芯片制作工艺进行分析与比较的基础上，结合核酸提取微流控PCR芯片的特点，提出了基于光固化3D打印技术的微流控芯片制作方案。通过3D打印模具，模塑法生成基片，这不仅便于芯片上微通道、储液腔的微加工，而且还有利于保护片上的微细结构，能够提高模具整体的使用寿命。微流控芯片采用氧等离子体键合，不仅能够实现各基片之间的永久键合，而且通过表面改性，能够极大的提高芯片的生物兼容性。　　根据流体力学的基本原理，对芯片中的微流体运动特性进行了分析，并对微流控PCR芯片上微流体的驱动和控制技术进行了研究。研究了基于气动微阀微泵的微流体驱动控制技术，开发了基于嵌入式STM32 F103处理器的微流体操控系统。采用微真空泵驱动芯片上的微阀可实现微流体通道的快速通断切换，由步进电机控制微组件泵可实现微流体的精确驱动与控制。　　研究了基于半导体制冷片的温度控制技术，通过PID算法来实现温度循环的快速准确控制。PCR温控系统升温速率为7.2℃/s，降温速率为5℃/s，温控精度达到了0.5℃，完全能够满足PCR温度控制的需求。构建了基于LED激发光源和CCD探测器组成的微流控芯片荧光检测系统，运用光学设计软件TracePro对激发光源系统做了模拟仿真。并对LED出射光路采用反光杯结构进行优化，提高了光能利用率，荧光检测限达到5×10-10mol/L（荧光素钠）。基于嵌入式控制技术与人机交互技术，进行了温度控制与检测系统的集成，并开发了一套应用于微流控实时荧光PCR系统的分析软件。　　针对微流控PCR芯片荧光图像中反应腔识别与荧光信号提取的难题，通过对荧光图像处理技术的深入研究，提出了一种基于算法集成的微流控PCR芯片荧光信号提取方法。深入研究了图像中多个反应腔的目标区域划分，反应腔边缘识别以及数据提取方法。通过该方法可快速的提取反应腔中的有效荧光强度值来绘制PCR扩增曲线和熔解曲线，提高了曲线分析的准确性。　　为了对微流控PCR的温度控制与荧光检测装置的性能进行测试，首先采用人工质粒PUC18作为实验样本，以单腔芯片开展了测试实验。结果表明该平台的最低检测线可到浓度为0.05pg/ul DNA，扩增效率为99.6％，满足DNA扩增的要求。然后，以人类全血为测试样本，分别对集成化芯片上的各功能模块进行实验测试，并同时开展了传统提取方法的对照试验。实验结果表明，集成化的微流控实时荧光PCR微全分析系统成功提取了人全血中的基因组DNA，并实现了对内参基因甘油醛3-磷酸(GAPDH)的检测分析。本文研究的成果可为食品安全、检验检疫以及疾病诊断等相关领域中核酸的实时检测分析提供了一种新的技术手段。