“光电一体集成化芯片PCR” 可实现高效病原菌原位分析

荧光检测是一种自然发光反应，通过荧光素酶与 ATP进行反应，可检测人体细胞、细菌、霉菌、食物残渣，在15秒钟内得到反应结果。光照度通过专用设备进行测量，并以数字形式予以表示。

实时荧光定量PCR是一种在DNA扩增反应中，以荧光化学物质测每次聚合酶链式反应(PCR)循环后产物总量的方法。通过内参或者外参法对待测样品中的特定DNA序列进行定量分析的方法，Real-timePCR是在PCR扩增过程中，通过荧光信号，对PCR进程进行实时检测。由于在PCR扩增的指数时期，模板的Ct值和该模板的起始拷贝数存在线性关系，所以成为定量的依据。

将标记有荧光素的Taqman探针与模板DNA混合后，完成高温变性，低温复性，适温延伸的热循环，并遵守聚合酶链反应规律，与模板DNA互补配对的Taqman探针被切断，荧光素游离于反应体系中，在特定光激发下发出荧光，随着循环次数的增加，被扩增的目的基因片段呈指数规律增长，通过实时检测与之对应的随扩增而变化荧光信号强度，求得Ct值，同时利用数个已知模板浓度的标准品作对照，即可得出待测标本目的基因的拷贝数。

近期，应用光学国家重点实验室研究团队研发出采用实时荧光检测模式的连续流动式、全自动、一体化集成数字PCR系统，解决了传统数字PCR系统因终点检测难以区分假阳性的缺点。该系统基于单恒温热源，只需要一次进样就可同步实现微液滴生成、热循环扩增以及核酸定量分析的整个数字PCR检测流程。结合芯片光学优化以及温度循环优化，系统还可实现高效的病原菌原位分析。

PCR芯片技术

实时定量PCR是检测基因表达Z灵敏、Z可靠的方法，但由于实时定量PCR需要制备标准曲线和同时分析内参基因，因而每次实验只能检测少数几个基因的表达水平，若要检测大量基因，则工作量巨大，耗时长久。经过对实时定量PCR体系进行优化开发出的PCR芯片，可同时进行多种基因的研究，并且还可节省在数据分析方面所花费的时间，使研究者可以在更短的时间内得到更丰富的信息，PCR芯片可广泛用于生命科学、生物技术、疾病检测、临床医学和环境检测等领域，是近年生命科学领域常用的研究手段之一。

实时定量PCR是检测基因表达Z灵敏、Z可靠的方法。通过在试验过程中，实时监测荧光染料的信号变化可反映出样品中的基因拷贝数，并且实时定量PCR线性范围广(能达到5个数量级)，因此可以检测同一样品中表达量极低的基因和表达量很高的基因。但是，由于实时定量PCR需要制备标准曲线和同时分析内参基因，因而每次实验只能检测少数几个基因的表达水平，若要检测大量基因，则工作量巨大，耗时长久。通过简单的以及经过优化的实时定量PCR体系，PCR芯片随之开发出来，研究者可以同时研究大量基因，既可以进行某些特别感兴趣的信号通路的研究，也可以作为验证芯片结果的方法，PCR芯片可广泛用于生命科学、生物技术、疾病检测、临床医学和环境检测等领域，是生命科学领域的研究热点之一。

使用PCR芯片技术进行基因表达(信号通路或多个相关基因)的检测，已普遍用于生命科学研究的多个领域，如疾病发病机制研究，为研究结肠癌的程序性死亡(包括细胞凋亡和自噬)状态，Chang等应用PCR 芯片同时检测癌症组织和正常组织中与细胞凋亡和自噬相关的22 个基因的表达情况，发现肿瘤组织的甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的 mRNA 表达水平是正常组织的4.01 倍，而与程序性死亡和自噬相关的多个基因，包括肿瘤坏死因子受体(TNFR)、BCL2 相关蛋白(Bax)、半胱天冬酶 9(CASP9)、半胱天冬酶3(CASP3)及损伤控制的自噬调节子(DRAM)和抗紫外线相关基因(UVRAG)表达下调，说明肿瘤组织的代谢活性增加而凋亡速率降低，这可能是肿瘤组织增殖旺盛的原因。

PCR芯片不仅成本低，而且试样、试剂、人力三者消耗量均低，速度也快，灵敏度高。作为DNA分析的重要工序PCR，更是现代生物、医药不可或缺的部分，其设备的集成化，如样品预处理系统、分离系统以及检测系统等的集成使PCR芯片在生命科学、生物技术、疾病检测、临床医学和环境检测等领域继续发挥重要作用。

新闻来源：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 

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