周瑞仁臺灣大學：生物產業機電工程學研究所王人毅Wang, Jen-YiJen-YiWang2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52855本研究發展一套模數p糾錯編碼機制以提升微珠陣列晶片之可靠度。微珠陣列晶片屬於新式的固定式微陣列技術，係將DNA探針序列黏附於細小微珠，並隨機嵌入經過蝕刻之光纖井穴中做為探針，由於微珠體積極小，微珠陣列晶片比傳統平面式微陣列擁有更高密度之探針點。藉由帶有特定螢光染劑，能和微珠位址編碼序列互補的位址解碼序列，經多次雜交的螢光呈色組合判斷隨機散佈的DNA探針序列。模數p糾錯編碼機制主要目的在於糾正辨識過程中發生的雜交呈色錯誤。 模數p糾錯編碼機制的概念源自通訊領域中的通道編碼方法，不同於數位資料傳輸時所使用的二進位系統，本研究利用不同螢光染劑表示不同字符進行微珠序列之辨識並延伸數位通訊的模二編碼至模數p編碼，每個碼元有更多字符以資選擇，碼元包含資訊量增加可減少碼字長度。模數p糾錯編碼機制除提高微珠陣列晶片的辨識可靠度之外並可減少雜交次數，降低成本。This study developed a modulo p error correcting scheme to improve the reliability of microbeads microarrays. Microbeads microarrays have higher density than typical planar arrays due to the tiny microbeads that are randomly distributed into the wells of etched fibers. Microbeads microarrays utilize the sequential hybridizations of specific oligonucleotides with distinguishable fluorescent dyes, complementary to bead identifier sequences, for registering the location of each probe which is initially unknown. The modulo p error correcting scheme was designed to correct the error from the mistaken hybridizations that lead to misclassifying microbeads. The concept of modulo p error correcting scheme was originated from the channel coding in communication field. This study employs multiple fluorescent levels which represent various symbols different from the binary system in digital communication and further extends its modulo 2 coding to the modulo p. The length of codewords could be shortened because each character contains options with various fluorescent dyes. The modulo p error correcting scheme not only improves the reliability of identification but also reduces the cost of microbeads microarray.摘要 i Abstract ii 目錄 iii 圖目錄 viii 表目錄 x 第一章 前言 1 1.1微陣列晶片的發展 1 1.2 微陣列晶片品質的影響因子 2 1.3 研究目的 3 第二章 文獻探討 5 2.1 微陣列晶片之原理 5 2.1.1 點印式微陣列晶片 10 2.1.2 寡核苷酸微陣列晶片 11 2.1.3 微珠陣列晶片 13 2.2 微陣列錯誤處理方法 14 2.2.1 點印式微陣列晶片 14 2.2.1.1 統計方法 14 2.2.1.2 混合式探針序列之微陣列晶片 15 2.2.2 寡核苷酸微陣列晶片 16 2.2.2.1組合式光罩模組設計 16 2.2.3 微珠陣列晶片 17 2.2.3.1 微珠辨識錯誤檢測機制 18 2.3 通道編碼與錯誤控制 19 第三章 材料與方法 22 3.1 微珠陣列晶片之原理 22 3.1.1 微珠結構 22 3.1.2 微珠陣列之DNA序列 23 3.1.3 螢光染劑 23 3.1.4 微珠辨識模組 24 3.1.5 光纖結構 25 3.1.6 光纖束製作 26 3.1.7 微珠和編碼序列之結合 27 3.1.8 結合微珠與光纖 27 3.1.9 微珠與光纖結合組成感測器 29 3.1.10 微珠辨識 30 3.3 通訊理論 34 3.3.1 訊源編碼 34 3.3.2 通道編碼 34 3.3.3 模二加運算 35 3.4 線性分組碼 36 3.4.1 線性分組碼性質 36 3.4.2 分組碼的檢錯及糾錯能力 38 3.5 循環碼 40 3.5.1 循環碼結構 41 3.5.2 循環碼特性 43 3.5.3 生成矩陣 44 3.5.4 查核多項式 46 3.5.5碼字錯誤檢測與糾正 48 3.6 碼字最小距離與檢糾錯能力 49 3.6.1 偵錯能力與最小距離關係推導 49 3.6.2糾錯能力與最小距離關係推導 50 3.6.3查核矩陣與最小距離關係推導 53 3.7 BCH碼 55 3.7.1 以有限元素對 進行最小因式分解求根 57 3.8 縮短碼 60 3.9 不同糾錯能力之編碼方法 61 3.10 微珠序列糾錯編碼方法 63 3.10.1 模三加運算 63 3.10.2 微珠序列模三編碼 64 3.10.3 微珠序列糾錯編碼 65 3.11 分組碼糾錯能力之探討 73 3.12 模三糾錯編碼流程 75 第四章 結果與討論 76 4.1 糾錯能力分析 78 4.1.1 序列解碼對單一雜交錯誤之糾錯 82 4.1.2解碼序列對任意兩次雜交錯誤之糾錯 83 4.1.3 超出糾錯能力之錯誤情形 87 4.1.4 (8, 3)3碼糾錯模擬結果 87 4.2 模擬微珠序列辨識正確率之分析 88 4.2.1 序列未經糾錯編碼之辨識模擬 89 4.2.2 糾錯編碼之微珠序列辨識正確率模擬 95 4.2.3 提高微珠序列糾錯能力之模擬 106 4.2.4 微珠序列糾錯能力與辨識率之比較 116 4.3 多模數運算編碼 118 4.3.1 模四運算編碼 118 4.3.2 模五運算編碼 124 4.3.3 模六運算編碼 131 4.3.4 模七運算編碼 138 4.3.5 多模數運算編碼結果之比較 144 4.3.5.1 模三運算編碼結果比較 144 4.3.5.2 模四運算編碼結果比較 145 4.3.5.3 模五運算編碼結果比較 146 4.3.5.4 模六運算編碼結果比較 146 4.3.5.5 模七運算編碼結果比較 147 4.4 多模數糾錯編碼流程 150 4.5 多模數糾錯機制與目前微珠偵測碼之比較 151 第五章 結論與建議 153 5.1 結論 153 5.2 建議 154 參考文獻 1551045150 bytesapplication/pdfen-US微陣列微珠陣列晶片通道編碼錯誤控制碼MicroarrayMicrobeads microarrayChannel codingError control codingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/52855/1/ntu-94-R92631022-1.pdf