НО1

Полимеразная цепная реакция (PCR)

Метод полимеразной цепной реакции (Polymerase chain reaction, PCR) - это процесс, который обеспечивает химическое увеличение и амплификацию образцов ДНК с низкой концентрацией, что позволяет увеличить несколько копий шаблонных последовательностей или даже одну молекулу ДНК в течение нескольких часов.7~ 108Удвоение, простота в работе, теперь широко используется во всех областях молекулярных биологических исследований, ядром которых является полузарезервированная репликация ДНК.

Технология PCR состоит из трех этапов:

（1）Дегенерация ДНК. При нагревании образцов ДНК двухцепочечной структуры при температуре 92 ~ 97 °C происходит разрыв водородных связей между цепями и распад на молекулы двух одноцепочечных цепочек.

（2）отжиг. Быстрое снижение температуры до 55 ~ 65 °С, когда одноцепочечная ДНК и экстракт дополняют друг друга в соответствии с принципом спаривания оснований.

（3）РасширениеПоднимите температуру примерно до 72 ° C для расширенной реакции ДНК.

Каждый цикл проходит через дегенерацию, отжиг и расширение, и содержание ДНК удваивается. В реакции PCR изменение температуры играет решающую роль в эффективности репликации ДНК: чем быстрее процесс нагрева и охлаждения, тем меньше времени требуется для реакции.

№2

Молекулярный POCTпродукт

Наверное, все помнят.Медицинский тест Visby，Эта домашняя коробка для самопроверки,номерназыватьИспытание PCR без оборудованияАгенты (На самом деле, устройство было помещено в кассету.)Он имеет ряд преимуществ:Маленький, портативный, простой в эксплуатации и так далее, но это немного дорого.

Длительность03: 27

На рисунке показана внутренняя структура продукта, и красная стрела относится к теме, которую мы разделяем сегодня.

ВисбиМодуль расширения коробки для самообслуживания дома:ПКМикропроцессор R« Более точным следует назватьМикропроцессор непрерывного потока PCRС помощью способа « преобразования пространства и времени» процесс реакции реализуется путем привода гибридного образца через различные температурные зоны.

"ВисбиУспех домашней карточной коробки самообследования был достигнут благодаря использованию технологии микроконтроля потока. "

МикротокБЧип имеет небольшую тепловую емкость, чем площадь поверхности, эффективность теплопередачи намного выше, чем макроскопическое устройство PCR, поэтому он может использовать процесс быстрого нагрева и охлаждения для достижения быстрого увеличения ДНК, преимущество может не только сэкономить расход образца, но и повысить эффективность обнаружения и чувствительность обнаружения, для достижения портативного тестирования.

Все реакции должны выполняться в жидкой среде и включать в себя точный контроль температуры, поэтому проблемы с потоком и теплопередачей в микромасштабе особенно важны в системе PCR (Следует отметить, что в дополнение к трехэтапной реакции PCR существует двухэтапная реакция, которая объединяет отжиг и удлинение в один шаг,ВисбДомашний тест - это двухэтапная реакция.В)).

Микропроцессор PCR может быть разделен в зависимости от структуры微室 ПЦР (микрокамерная ПЦР)иНепрерывный поток PCR (continuous - PCR)Две основные модели.Разница между ними заключается в следующем:

(1) Изменение температуры микрокамеры PCR происходит в фиксированном объеме, изменение температуры динамически контролируется внешним миром;

(2) Непрерывный поток PCR обеспечивает пассивное переключение температуры путем потока жидкости через положение с различным распределением температуры.

НО1

Микрокамера PCRМикроуправляемый чип

преимущество:: С меньшим объемом, легко достичь многофункциональной интеграции.

Недостатки:: Степень охлаждения зависит от тепловой емкости самого чипа, в то же времяМикрокамерные микрочипы PCR имеют больший « мертвый объем» в структуре, микропроцессоры с управлением потоком трудно очистить, как правило, только один раз, не подходят для непрерывной реакции усиления нескольких реагентов.

№2

НепрерывностьМикроэлемент PCRкусок

преимущество:: Непрерывный поток микропроцессора PCR с помощьюВ режиме « преобразования пространства и времени» процесс реакции реализуется путем привода гибридного образца через различные температурные зоны. из-заНепрерывный поток PCRМикроуправляемый чипВ основном полагается на микроканал для достижения реакции, имеет относительно небольшой жидкостный « мертвый объем», использование соответствующей диэлектрической буферной жидкости для интервала и промывки, можно избежать перекрестного загрязнения между различными образцами, так что непрерывный поток микропроцессора PCR может реализовать несколько образцов непрерывного ввода и обработки пакетов, поэтому имеет функцию « On - line (on - site) химический усилитель ».

Недостатки: Непрерывный поток PCRМикроуправляемый чипНедостаток заключается в том, что количество расширений зависит от количества проходов в три температурные зоны, и этот цикл не может быть изменен, как только будет определен проектный проект канала.

Некоторые новые технологии могут преодолеть недостатки двух систем, описанных выше, например, исследования подтверждают, что они могут быть вБКомната PCRМикроуправляемый чипВ жидкую среду добавляются металлические наночастицы, изоморфные микроволны нагревают металлические частицы, тем самым нагревая всю жидкую среду, с высокой эффективностью нагрева и гибким режимом управления.

Методы контроля температуры микроволновых ПКР разнообразны. Кришнан и другие разработали микромасштабные реакторы PCR, использующие конвективный эффект Райли - Бернарда, структура которых показана на рисунке ниже.

Микроскопический реактор PCR на основе конвективного эффекта Райли - Бернарда

Устройство нагревается тепловой пластиной до 97 ° C в нижней части микрореактора, а верхняя часть удерживается на уровне 61 ° C с водяным охлаждением, так как разница температур в микрореакторе создает конвекцию плавучести, которая при определенных условиях образует стабильную конвекцию Райли - Бернарда, молекулы ДНК и другие реакционные компоненты в растворе циркулируют между 97 ° C и 61 ° C, что завершает двухэтапное расширение ДНК методом PCR. Это устройство может изменить режим потока, изменив геометрию промежуточного реактора.

Hu и другие используют свойства высокой проводимости раствора диффузии PCR, генерируя различную жару Джоуля через электрическое поле различной интенсивности для достижения контроля температуры в микроканалах, тем самым завершая расширение ДНК PCR.

ПЦРУстройствоПри смене пола,отступатьОгонь / Длинные шагивнезапноРаспределение температуры

Ссылки:

[1]Guoqing Hu, Qing Xiang, Rachel Fu, Bo Xu, Roberto Venditti, Dongqing Li. (2006). Электрокинетически контролируемая цепная реакция полимеразы в реальном времени в микроканале с использованием нагревающего эффекта Джоула. Analytica Chimica Acta, 557, 146-151.

[2] Мадхави Кришнан, Виктор М. Угаз, Марк А. Бернс. (2002).ПЦР в Rayleigh-Benard Конвекционная клеткаНаука, 298, 793.