基因（遺傳因子）是產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列?；蛑С种幕緲?gòu)造和性能。儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。PCR技術(shù)是基因研究的重要手段之一，但傳統(tǒng)PCR技術(shù)存在反應(yīng)時間長、能量消耗大、不便于集成與攜帶等缺陷，微流控技術(shù)與PCR結(jié)合可以有效縮小反應(yīng)體系，提高反應(yīng)效率，且易于集成化與微型化。

本文采用【圖解】的方式，講解微流控PCR芯片的分類，原理以及應(yīng)用。幫助大家了解認(rèn)識微流控PCR芯片技術(shù)，并在各自研究領(lǐng)域應(yīng)用微流控PCR技術(shù)。

什么是PCR

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（英文：Polymerase chain reaction，縮寫：PCR），是一種分子生物學(xué)技術(shù)，用于擴增特定的DNA片段，這種方法可在生物體外進行，不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。PCR過程包括3個步驟: 變性、退火、延伸，需要在高低中3個不同的溫度(高溫變性:90℃～95℃，低溫退火:55℃～60℃;中溫延伸:70℃～72℃)下進行。

微流控PCR芯片

Kopp設(shè)計的世界上第一款微流控PCR裝置

微流控PCR芯片，是基于微流控技術(shù)的PCR反應(yīng)裝置。微流控裝置體積小巧，樣本需求小，成本低，利于現(xiàn)場實時檢測；并且具有小的熱質(zhì)，低的熱慣性和快速的熱傳遞，以及巨大的比表面積，可以顯著提高擴增速度。同時，具有高度集成性，全封閉性，可以減少手工操作，有效避免樣本污染。

微流控PCR芯片分類

空間型：流體在微通道運動，溫度區(qū)域固定

時間型：流體在微通道不動，通道內(nèi)溫度變化

LAMP芯片: 恒溫擴增，擴增過程無需溫度變化

數(shù)字PCR：核酸分子絕對定量技術(shù)。將樣品稀釋到單分子水平，并平均分配到幾十至幾萬個單元中進行反應(yīng)，在擴增結(jié)束后對每個反應(yīng)單元的熒光信號進行采集，最后通過直接計數(shù)或泊松分布公式計算得到樣品的原始濃度或含量。

微流控PCR空間型-蛇形式

采用三塊銅片作為加熱器的蛇形微流控PCR芯片

微流控PCR空間型-輻射式

一種由太陽能驅(qū)動的便攜式PCR裝置，采用輻射式圓盤作為PCR芯片，圓盤的徑向三個區(qū)域溫度不同。擴增數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)狡桨咫娔X進行分析。

微流控PCR空間型-螺旋式

Park 等將一條長3.5m的彈性石英管在有3個溫區(qū)的圓柱加熱器上螺旋式纏繞33周，實現(xiàn)了PCR擴增。其中a為變性區(qū)，b為退火區(qū)，c為延伸區(qū)，d為絕熱區(qū)。

微流控PCR空間型-振蕩式

微流體通道內(nèi)的振蕩液滴示意圖。樣品液滴在三個不同的加熱器之間振蕩移動，用于變性（a），退火（b）和延伸（c），第二個PCR循環(huán)（d-f）

微流控PCR空間型-閉環(huán)式

Sun 團隊將多個閉環(huán)通道合并在一塊芯片內(nèi)，利用中心的磁鐵同時對四重閉環(huán)內(nèi)的磁性流體進行操縱，磁性流體繼而推動反應(yīng)液在環(huán)內(nèi)流動，循環(huán)通過 3 個溫區(qū)。

微流控PCR時間型-集成式

Manage等制作的集成式微流控PCR芯片，可以對全血樣本檢測處理。與PCR腔室相鄰的是微流控閥，可以泵送流體。擴增完成后，該裝置可以使用毛細(xì)管電泳分離PCR產(chǎn)物。

微流控PCR時間型-離心式

左圖為存儲試劑的微流控盤片（GeneSlice）和右圖兼容轉(zhuǎn)子架（Rotor），可以容納四個微流控盤片運行。GeneSlice包括樣品預(yù)擴增室，用于轉(zhuǎn)移預(yù)擴增產(chǎn)物的毛細(xì)管虹吸閥，用于樣品等分結(jié)構(gòu)室，等分結(jié)構(gòu)將多余的液體引導(dǎo)到廢物室，用于壓力均衡的通氣孔膜覆蓋。所有需要的試劑都以凍干或風(fēng)干形式預(yù)先儲存。

微流控LAMP芯片

Fang等采用PDMS和玻璃制成的微流控LAMP芯片，用于多種基因分析。該芯片由10個微腔體，以及相互連接的微通道構(gòu)成。

微流控數(shù)字PCR芯片

Song等設(shè)計的具有蛇形通道的數(shù)字PCR芯片，該芯片包括反應(yīng)室和分支通道。a，第一步樣品（紅色染料）流過真空的PDMS裝置；b，反應(yīng)室充滿樣品；c，試用油流過微通道；d，將樣品分成單個體積。形成的獨立的腔室，經(jīng)過擴增后，通過數(shù)字處理方式，對擴增結(jié)果進行分析。

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