九游官方端入口和数明小（xiǎo）讲堂 | 新冠核酸检测之PCR技术

2022-04-07

九游官方端入口和数明（míng）小讲堂 | 新冠核酸检测之PCR技术

疫情防控

科学防疫（yì）九游官方端入口和数明有“芯”

当前上海正（zhèng）处于抗新型冠状病（bìng）毒肺炎疫情防控的关（guān）键（jiàn）阶段，在这（zhè）个没有硝烟的（de）战场上，及时快速地（dì）筛（shāi）查新冠感染者并及（jí）时进行隔离是阻止新冠病毒肆意蔓延的最有效且唯一的手段。核酸检测是目前筛查新冠感染者最精准、有效、低成本（běn）的技（jì）术（shù）方式。

什么是PCR？

聚合酶链（liàn）式（shì）反（fǎn）应(Polymerase Chain Reaction), 简称PCR, 又称多聚酶链式反应，是（shì）一项利用DNA双链复制（zhì）的原理，在生物体外（wài）复制特定DNA片段的核酸合成技术（shù）。透过这项技术，可（kě）在短时间内大量扩（kuò）增目的（de）基（jī）因，而不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物（wù）体。

PCR扩增的三个基本步骤（zhòu）

（1）变性：模板（bǎn）DNA经加（jiā）热至（zhì）94℃左右（yòu）并保（bǎo）持一定时间后，基于DNA半保（bǎo）留复（fù）制原（yuán）理，还（hái）有碱基互补配对（duì）原则，即复制的过程中双链（liàn）DNA会（huì）解链，由双链（liàn）变成单链，为下轮反应（yīng）做准（zhǔn）备；

（2）退火（huǒ）：模板DNA经加热变性（xìng）成单链（liàn）后，温度降至55℃左右，引物（wù）与模板DNA单（dān）链（liàn）的互补序列配对结合（hé）；

（3）延（yán）伸：温度再升至72℃左（zuǒ）右，在DNA聚合酶的作用下，把游（yóu）离的dNTP按照碱（jiǎn）基互补配（pèi）对原则结合到单链（liàn）上，形成一条由旧链和（hé）新链杂合成的（de）新的双链（liàn）DNA。

PCR扩增（zēng）原理：变形-退火-延伸（shēn）温（wēn）度循环

理论上，经（jīng）过上面步骤，目标DNA浓度（dù）可增（zēng）加一倍。重复循环上（shàng）述过程（chéng），可（kě）获得更多的（de）“半保留（liú）复（fù）制链”，而形成的新链（liàn）又可成为下次（cì）循环的模板。每（měi）完（wán）成（chéng）一个循（xún）环需2～4分钟（zhōng），仅（jǐn）需（xū）2～3小时就能将目标（biāo）DNA扩增放大几百（bǎi）万倍（bèi）。

全自动核（hé）酸提纯及实（shí）时荧光（guāng）PCR分析系（xì）统（tǒng）

经过以上分析，我们就可以（yǐ）理解（jiě）为（wéi）什么核（hé）酸（suān）检测结果最快能（néng）在几个（gè）小（xiǎo）时内出结果。

实时荧光PCR定量分析

PCR扩增仪温度控制指标主要有：温度（dù）的准确性、均匀性、以及升降温速度。

1. 温度的准（zhǔn）确（què）性：是（shì）指样品孔温度与设定温（wēn）度（dù）的一致性，它直接关系到实验（yàn）的成（chéng）败。因（yīn）而对PCR扩增仪而言温度控制就（jiù）意（yì）味着产品质量（liàng）。

2. 温度的均匀性（xìng）：是指样品孔间（jiān）的温度差异，它关系到在不同样品孔（kǒng）进行反应结果的（de）一（yī）致（zhì）性。

3. 升降温速度：更快的升降温速度，可以有效缩短反应（yīng）时间和可能（néng）的非特（tè）异性结合、反（fǎn）应的时间，从而（ér）提高PCR反应特异性（xìng）。

相较（jiào）于传统的相对稳（wěn）定耐用（yòng）的机械式，新的半（bàn）导体温控（kòng）技术——TEC温度控制技术具有升降（jiàng）温更快（kuài）速的优（yōu）势，已经成为PCR扩增仪（yí）的首选温度控制技术。

半导（dǎo）体（tǐ）制冷器（qì） (Thermo Electric Cooler，简称 TEC) 是利用半导体材料的帕尔贴效（xiào）应制成的（de）。如图下所（suǒ）示，帕尔帖（tiē）效应是指当直流电流通过两种（zhǒng）半导体材料组（zǔ）成的（de）电偶时，其一端（duān）吸热（rè），一端放热（rè）的现象。TEC 包括一些 P 型和 N 型（xíng）对（组（zǔ）），它们通过电极连在一起，并且夹在（zài）两个陶瓷（cí）电极之间（jiān），当有电流（liú）从 TEC 流过（guò）时，电流产生的热量会从 TEC 的一（yī）侧传到另一侧，在 TEC 上产生（shēng）″热″侧和（hé）″冷″侧，这就是 TEC 的加热与致冷原理。

帕尔帖效应，PN 节（jiē）以及热（rè）流动示意图

PCR扩增仪一般具有（yǒu）两（liǎng）种温控模（mó）式，即模块温控模式（Block-control）和反应（yīng）管温（wēn）控模式（tube-control）。管内样（yàng）品的温（wēn）度无法与温控模（mó）块同（tóng）时达到预设温度，特别是PCR反应中的孵育过程一般为30秒（miǎo）或更短，如果采用只（zhī）有模块温（wēn）控模式（shì）的话，反应混合物孵（fū）育（yù）的时间（jiān）与程（chéng）序设定的时（shí）间（jiān）会有相当大的差距。为了达到反应管内部温（wēn）度（dù）精确控（kòng）制，需采用反（fǎn）应管控（kòng）制模模式，通过温度控制算法进行参数标（biāo）定（dìng）和补偿（cháng），确保反（fǎn）应混合物按（àn）照程序（xù）设定的（de）时间维（wéi）持预设温度。

科技战（zhàn）“疫”，九游官方端入口和数明在行动

面对（duì）近期香（xiāng）港、深圳、上海等地奥密克戎的快速（sù）扩散，核酸检（jiǎn）测能力在数量和速度方面都面临着（zhe）极大的考验。九游官方端入口和数明半（bàn）导体积极发挥了科技技术方面的优（yōu）势，组织技术专家研究PCR扩增技术的优化解（jiě）决方案（àn），以功率器件门极（jí）驱动芯片和TEC控制器为（wéi）着力点，优先保障芯片（piàn）供（gòng）应（yīng）和交付，与客户一（yī）起助力抗疫，共（gòng）克时（shí）艰。

九游官方端入口和数明半导体自研的20V-600V耐压全（quán）系列的低边、半桥、三相（xiàng）半桥等（děng）功率管门极驱动（dòng）芯片（SLM2103S、SLM2136等）可（kě）用于驱动TEC，协助PCR扩增仪器客户快速、方便地（dì）完成（chéng）系统设（shè）计，在（zài）当前半导（dǎo）体供应短缺时期，可以满足客户设（shè）计方案的快速变更、验证与量产。

600V耐压（yā）半桥功率（lǜ）器件（jiàn）驱动芯片工作示意（yì）图

600V耐压三相半桥功率器件驱动芯（xīn）片（piàn）工作示（shì）意图（tú）

九游官方端入口和数明（míng）半导体（tǐ）的单（dān）芯片TEC控（kòng）制（zhì）器产（chǎn）品——SLM8833/8834/8835 集成了TEC驱动电路、低温飘高精度温度误差放大（dà）器及环路补偿电路、温度设（shè）定与传感电路，采用高（gāo）效的单电感架构，实现（xiàn）更紧凑、更高的转换效率及更低的噪（zào）声；其中功率（lǜ）级集（jí）成（chéng）了超低阻抗的MOSFET，损耗更（gèng）低寿命更久（jiǔ）；同时匹（pǐ）配模拟PID与数字PID两种温控（kòng）模式，以满（mǎn）足客户PCR扩（kuò）增仪（yí）的小型化创新设计需求。