聚合酶链式反应在微流控芯片中的应用

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。目前，微流控PCR芯片在病毒检测、传染性疾病、食品和水质检测、致病菌鉴定及微生物重要基因检测、农作物病菌、畜禽病毒的检测及农作物基因研究方面都有广泛应用。静止式PCR的特点在于，反应体系不流动，通过芯片整体升温、降温的循环来实现反应；连续流动式PCR则由反应液体循环流过不同温度区域进行扩增。

聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。基于经典PCR的实时检测技术是应用得最广泛的快速有效检测方法，但其仍然存在反应时间长、反应体积大、能量消耗多、易产生副产物和不便于集成与携带等问题。因此，科学家们逐渐将对该检测技术的创新转向微流控技术。与传统的PCR相比，微流控PCR芯片反应所需的样品和试剂量少，可大大降低成本，而且微流控芯片传热速率快、内部温度均匀、反应过程易于控制，不仅能显著缩短检测时间，还能提高检测的准确度和灵敏度，因此样品消耗少、污染少、效率高，有望提供绿色分析技术。目前，微流控PCR芯片在病毒检测、传染性疾病、食品和水质检测、致病菌鉴定及微生物重要基因检测、农作物病菌、畜禽病毒的检测及农作物基因研究方面都有广泛应用。

PCR的过程包括3个步骤——变性、退火、延伸，需要在高低3个不同温度区间下进行。根据芯片的结构差异，可以将PCR芯片分为静止式PCR、连续流动式PCR。静止式(或称微池式)PCR的特点在于，反应体系不流动，通过芯片整体升温、降温的循环来实现反应；连续流动式PCR则由反应液体循环流过不同温度区域进行扩增。微池式PCR的优势在于小型化，更有利于实现小型化。微池式PCR的关键在于微通道(或微池内)扩增体系温度升高(或降低)的快速、准确切换，需要优化仪器的温度控制，进而缩短循环时间[1]，如采用近红外激光加热器以及新型的环境控制装置和策略，以实现精准控温。连续流动式PCR芯片的优点是温度控制简单，但其尺寸较大，不利于集成，受到微流控结构的限制。其中，蛇形式、辐射式和螺旋式的反应循环的次数受芯片通道结构设计的限制，而振荡式和闭环式可以随意调整。1999年，有研究者提出了数字PCR(dPCR)的概念，dPCR是将含有目标基因、引物和聚合酶等的溶液稀释后，分成几十份到几百万份微小、独立的反应器，每个反应器的核酸模板数≤1，对每个反应器进行传统PCR扩增并进行荧光检测，根据显示荧光的反应器所占的比例和反应器的体积，利用泊松分布等计数统计分析，就可以推算出原始溶液的核酸浓度，从而实现对核酸的绝对定量。数字PCR技术分为微池阵列式和液滴式。相较于传统的PCR定量方式，数字PCR不依赖标准曲线，灵敏度更高，且定量准确度高、耐受性高[2]。(www.chuimin.cn)

聚合酶链式反应在微流控芯片中的应用

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