34、硅基微流控系统在核酸分析中的应用

硅基微流控系统在核酸分析中的应用

1. PCR 技术的发展与创新

PCR 技术自 20 世纪 80 年代早期 Mullis 开发并获得诺贝尔奖，以及 90 年代早期 Northrup 实现小型化以来，一直是科研和工程创新的活跃领域。

连续流 PCR 和对流 PCR 是两种值得关注的 PCR 技术。对流 PCR 反应主要由限制空间的几何形状控制，无需外部泵，大大简化了外部控制硬件。Ugaz 及其同事将这一概念应用于由氟聚合物管与两个热电加热器接触构成的环流反应器中，在 50 分钟内利用 16 mL 环流实现了与五种不同人类呼吸道感染相关目标的多重扩增。他们还通过进一步简化加热器布置，构建了一款口袋大小、电池供电的对流 PCR 设备。这两种 PCR 概念都适用于基于硅的平台。

数字 PCR 是另一种创新的 PCR 技术。它由 Kalinina 等人在 90 年代后期引入，并由 Vogelstein 及其同事进一步发展。数字 PCR 将反应液分成许多单独的隔室，使得每个隔室在热循环之前可能只包含一个核酸分子拷贝。由于 PCR 的效率可能因具体反应而异，这种方法可以通过简单地计算呈现可检测终产物水平的反应室数量，更准确地测量起始拷贝的绝对数量。数字 PCR 最近已被应用于微流控平台，可能会造福即时诊断设备。

2. 核酸检测技术

在芯片上检测核酸的技术有很多，包括电学、光学和电化学方法。其中，电学方法无需标记，可利用 CMOS 电子学和信号处理技术。许多检测技术通过杂交实现选择性，即目标核酸序列（目标探针）与固定在固体支持物上的互补对（捕获探针）结合。在杂交之前，光学和其他依赖标记的方法需要将目标探针与报告分子（如荧光染料）连接，以便在激发时发出