聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）在核酸擴(kuò)增檢測(cè)中至關(guān)重要，廣泛應(yīng)用于傳染病檢測(cè)、腫瘤篩查和食品安全檢測(cè)等許多應(yīng)用；然而，大多數(shù)PCR設(shè)備的加熱和冷卻速率效率低下，這大大限制了它們?cè)卺t(yī)院急診、機(jī)場(chǎng)和海關(guān)等特殊情況下的應(yīng)用。科研人員提出了一種溫度控制策略即微流控PCR熱循環(huán)儀，通過(guò)在多個(gè)溫度區(qū)之間切換微流控芯片并過(guò)度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液溫度的斜坡率。結(jié)果表明，溶液溫度的上升速率在一定范圍內(nèi)是溫差的線性函數(shù)，溫差越大，上升速率越快。核酸檢測(cè)（NAT）因其高靈敏度和良好的特異性而成為病原微生物檢測(cè)的金標(biāo)準(zhǔn)；它被用于許多應(yīng)用，如傳染病檢測(cè)、腫瘤篩查、法醫(yī)鑒定、基因組計(jì)劃、食品安全檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。例如，識(shí)別新冠肺炎感染的主要標(biāo)準(zhǔn)是NAT的結(jié)果。核酸擴(kuò)增（NAA）是NAT中的一個(gè)重要步驟，能夠在一段時(shí)間內(nèi)大規(guī)模擴(kuò)增核酸分子。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）是臨床實(shí)踐中最常用的NAA技術(shù)，通常包括預(yù)變性、變性、退火和延伸階段；PCR儀器（也稱為熱循環(huán)儀）為這一過(guò)程提供了適當(dāng)?shù)臏囟葪l件。許多研究人員對(duì)快速熱循環(huán)儀進(jìn)行了更深入的研究，能夠用低熱容量反應(yīng)器和微流體實(shí)現(xiàn)更快溫度變化的小型化PCR儀器越來(lái)越受歡迎。

目前熱循環(huán)儀的實(shí)施可分為三種主要類型：熱對(duì)流、固定微室和流道類型。熱對(duì)流型用于NAA，通過(guò)在反應(yīng)器中的不同區(qū)域之間誘導(dǎo)溶液熱對(duì)流，這可以允許更快的溫度變化，但溶液不能保持穩(wěn)定和長(zhǎng)期的恒溫，因此擴(kuò)增效率值得懷疑。固定微室型是將溶液固定在一個(gè)微小的腔室中，并由加熱器加熱和冷卻。固定式微室型的檢測(cè)靈敏度可以得到有效保證，但傳統(tǒng)的基于珀?duì)柼募訜岱椒o(wú)法實(shí)現(xiàn)快速PCR，因?yàn)闇囟茸兓枰荛L(zhǎng)時(shí)間，并且在臨床應(yīng)用中可能具有有限的潛力。

因此，深入分析影響升溫速率的因素，開發(fā)具有臨床應(yīng)用潛力的超快熱循環(huán)儀具有重要價(jià)值。本研究提出了一種溫度控制策略，通過(guò)在多個(gè)溫度區(qū)之間切換反應(yīng)器并過(guò)度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液的升溫速率；因此，科研人員設(shè)計(jì)了一種超快熱循環(huán)儀，其中包含溶液的微流控芯片在三個(gè)具有特殊設(shè)置的恒溫區(qū)之間循環(huán)，結(jié)合了固定微室和流道類型熱循環(huán)儀的優(yōu)點(diǎn)，為PCR提供了超快、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的溫度條件。首先，我們基于傳熱理論對(duì)影響溶液升溫速率的關(guān)鍵因素進(jìn)行了建模和分析，并基于相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和構(gòu)建了一個(gè)測(cè)試平臺(tái)；其次，科研人員使用溫度超調(diào)策略探索了斜坡率的變化；最后，科研人員對(duì)熱循環(huán)儀進(jìn)行了熱循環(huán)性能測(cè)試，并對(duì)真實(shí)生物樣本（人巨細(xì)胞病毒，HCMV）進(jìn)行了PCR檢測(cè)。

在這項(xiàng)研究中，科研人員提出了一種溫度控制策略，通過(guò)在多個(gè)溫度區(qū)之間切換微流控芯片并過(guò)度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液的升溫速率；因此，科研人員設(shè)計(jì)了一種超快熱循環(huán)儀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶液溫度的斜率在一定范圍內(nèi)是溫差的線性函數(shù)，溫差越大，斜率越快。

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