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Reação em cadeia da polimerase (PCR)

A reação em cadeia da polimerase (PCR) é o processo de amplificação química de baixas concentrações de amostras de DNA, que pode fazer várias cópias de uma sequência modelo ou até mesmo uma molécula de DNA em poucas horas.7~108A facilidade de operação tem sido amplamente aplicada em todas as áreas da pesquisa em biologia molecular, com a duplicação semi-retenção de DNA no seu núcleo.

A tecnologia de PCR é dividida em três fases:

（1）A degeneração do DNAAquecimento de amostras de DNA de estrutura de dupla cadeia a 92 ~ 97 ° C, para que a ligação de hidrogênio entre as cadeias se rompa e se decomponga em duas moléculas de cadeia única.

（2）Incendio. Reduza rapidamente a temperatura para 55 ~ 65 ° C, quando o DNA de cadeia única se combina complementarmente com o precursor de acordo com o princípio do emparelhamento de bases.

（3）ExtensãoElevar a temperatura para cerca de 72 ° C para a reação de extensão do DNA.

A cada ciclo é deformado, refrescado e estendido, o conteúdo de DNA duplica. Na reação de PCR, as mudanças de temperatura desempenham um papel decisivo na eficiência da replicação do DNA: quanto mais rápido o processo de aquecimento e arrefecimento, menor o tempo necessário para a reação.

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Molecular POCTproduto

Devo que todos se lembrem.Visby teste médico，Esta caixa de auto-verificação familiar,númeroNomeEnsaio de PCR sem equipamentoAgentes (Na verdade, colocou o dispositivo numa caixa.）Tem muitas vantagens:Compacto, portátil, fácil de usar, mas um pouco caro.

Duração03:27

A estrutura interna do produto pode ser vista no gráfico, e a seta vermelha refere-se ao tema compartilhado hoje.

VisbyO módulo de amplificação da caixa de auto-verificação doméstica é "PCR microfluido chipMais exatamente, é chamadoMicrofluido PCR de fluxo contínuoO processo de reação é realizado conduzindo amostras misturadas através de diferentes zonas de temperatura, com a ajuda de uma abordagem de "conversão de espaço e tempo".

“VisbyO sucesso da caixa de auto-inspeção doméstica não deve ser beneficiado pelo uso da tecnologia de microfluido. ”

MicrofluxocontroleA capacidade térmica do chip é pequena, maior do que a área da superfície, a eficiência da transferência de calor é muito maior do que o dispositivo de PCR macro, portanto, pode aproveitar o processo de aquecimento rápido e refrigeração para alcançar a amplificação rápida do DNA, suas vantagens não só podem economizar o consumo de amostra, mas também podem melhorar a eficiência da detecção e a sensibilidade da detecção, alcançando a detecção portátil.

Todas as reações precisam ser realizadas em um ambiente líquido e envolvem um controle preciso da temperatura, por isso os problemas de fluxo e transferência de calor em microescala são particularmente importantes em sistemas de PCR.É importante ressaltar que, além da reação de PCR de três etapas, também existe uma reação de duas etapas, que permite a fusão de cozimento e extensão em uma única etapa.VisbCaixa de auto-verificação doméstica é uma reação em duas etapas).

Os chips PCR podem ser divididos em diferentes estruturas.微室 PCR (Microcâmara PCR)ePCR em fluxo contínuo (Continuous PCR)dois modelos básicos.A diferença entre os dois é:

(1) A mudança de temperatura da PCR microscópica ocorre dentro de um volume fixo, e a mudança de temperatura é controlada dinâmicamente pelo mundo externo;

(2) PCR de fluxo contínuo realiza uma mudança passiva de temperatura através do fluxo de líquido através de locais com distribuições de temperatura diferentes.

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PCR em microsalaMicro-Fluid Chip

VantagensCom um volume menor, é fácil alcançar a integração multifuncional.

Desvantagens: sujeito à capacidade térmica do próprio chip em termos de taxa de resfriamento, ao mesmo tempoO chip de microfluido de PCR de microcamara tem um grande "volume morto" estruturalmente, o chip de microfluido é difícil de limpar, geralmente só pode ser usado uma vez, não é adequado para a continuidade para a reação de amplificação de vários reagentes.

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ContínuoNúcleo de microfluxo PCR de fluxopedaço

Vantagens: fluxo contínuo PCR com a ajuda de microfluidosDe uma forma de "conversão de espaço e tempo", o processo de reação é realizado conduzindo a amostra misturada através de diferentes zonas de temperatura. PorquePCR de fluxo contínuoMicro-Fluid ChipDependendo principalmente do microcanal para realizar a reação, há um "volume morto" relativamente pequeno do fluido, o uso de um tampão de meio apropriado para o intervalo e a lavagem, pode evitar a poluição cruzada entre diferentes amostras, para que o chip de microfluido de PCR de fluxo contínuo possa realizar a amostragem contínua e o tratamento em lote de várias amostras, portanto, tem a função de "amplificador químico on-line (no local)".

DesvantagensPCR de fluxo contínuoMicro-Fluid ChipA desvantagem é que o número de vezes que a amplificação depende do número de vezes que as três zonas de temperatura passam, e uma vez que o esquema de projeto do canal é determinado, esse ciclo não pode mais ser alterado.

Algumas tecnologias emergentes podem superar as deficiências dos dois sistemas acima mencionados, por exemplo, pesquisas confirmam que podemmicroSala PCRMicro-Fluid ChipA adição de nanopartículas metálicas ao meio líquido, microondas isométricas aquecem as partículas metálicas, aquecendo assim todo o meio fluido, com alta eficiência de aquecimento e características flexíveis do modo de controle.

Os métodos de controle de temperatura para dispositivos de PCR microfluidos são diversos. Krishnan e outros projetaram um reator de PCR em microescala que aproveita o efeito de convexão Riley-Bernard, com a estrutura mostrada abaixo.

Reator de PCR em microescala baseado no efeito de convexão Riley-Bernard

O dispositivo é aquecido com placa quente no fundo do microreator a 97 ° C, o topo é mantido com placa refrigerada a água a 61 ° C, devido à diferença de temperatura dentro do microreator vai gerar convexão flutuante, em condições específicas pode formar convexão estável Riley-Bernard, moléculas de DNA na solução e outros componentes da reação circulam com o movimento entre 97 ° C e 61 ° C, concluindo assim a amplificação de PCR de duas etapas do DNA. Este dispositivo pode alterar o padrão de fluxo alterando o tamanho geométrico do recipiente de reação intermediário.

Hu e outros aproveitam as propriedades de alta condutividade da solução de amplificação de PCR para gerar calor de joules diferentes através de campos elétricos de diferentes intensidades, alcançando o controle de temperatura no microcanal, concluindo assim a amplificação de PCR do DNA.

PCRDispositivosem transgênero,Para trás.Incêndio / ExtensãoPasso em cursoDistribuição da temperatura

Referências:

[1]Guoqing Hu, Qing Xiang, Rachel Fu, Bo Xu, Roberto Venditti, Dongqing Li. (2006). Reação em cadeia de polimerase em tempo real controlada eletrocineticamente em microcanal usando efeito de aquecimento Joule. Analytica Chimica Acta, 557, 146-151.

[2] Madhavi Krishnan, Victor M. Ugaz, Mark A. Burns. (2002).PCR em um Rayleigh-Benard Célula ConvecçãoCiência, 298, 793.