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超速光电PCR仪,有望开创诊断光速时代

PCR(聚合酶链式反应)是分子生物学实验室常见技术,也是DNA测序的必须步骤。然而,相比于其他分子技术,PCR技术发展缓慢,是高通量测序的一个限制因素。

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虽然不少研究成果加快了PCR系统的扩增速度,但是还没有能够开发出一个明显快于现有的DNA变性、退火速度的新热循环过程。多年来,科学家们一直致力于研发具备低消耗、操作简易,体积小等优势的超快速PCR仪。它的超快速度将对即时诊断产生重大影响。


超速PCR——光能转换成电能生成热能


最近,加州大学伯克利分校的生物工程教授Luke Lee 博士和他的团队研发出一种超速光电PCR技术——能显著加快PCR反应中DNA变性、退火的速度。设计原理:当暴露于光照下,自由电子活跃震荡产生热量。一旦光线关闭,电子停止震荡,不再产生热能。


基于上述物理学原理,为加快温度循环的速度,研究人员采用了一种具备高效吸收光能、在光谱分析中常用的材料——黄金,选取厚约120nm的薄片黄金包裹包含微流体的塑料芯片,其上可放置混有PCR反应液和DNA样本的溶液管。


研究人员选取峰值波长在450nm左右的LED灯,用光激活黄金薄膜表面的电子,达到每秒13℃的速度加热DNA溶液。同样,冷却时,温度以每秒6.6℃的速度下降。


55℃升温至95℃且循环30次的PCR过程可控制在5分钟内,而目前的PCR仪器约要花费一个小时才能完成。


为了证明他们新开发的系统具有实际应用价值,研究人员运用光子PCR仪器扩增DNA样品,结果正常。光电PCR仪速度快、灵敏度高、成本低。科研人员还正在研发超速基因诊断芯片。这个技术能够提供即时结果,应用前景广阔。

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