什么是微流控PCR芯片

微流控芯片

基因（遗传因子）是产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列。基因支持着生命的基本构造和性能。储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。PCR技术是基因研究的重要手段之一，但传统PCR技术存在反应时间长、能量消耗大、不便于集成与携带等缺陷，微流控技术与PCR结合可以有效缩小反应体系，提高反应效率，且易于集成化与微型化。

本文采用【图解】的方式，讲解微流控PCR芯片的分类，原理以及应用。帮助大家了解认识微流控PCR芯片技术，并在各自研究领域应用微流控PCR技术。

什么是PCR

聚合酶链式反应（英文：Polymerase chain reaction，缩写：PCR），是一种分子生物学技术，用于扩增特定的DNA片段，这种方法可在生物体外进行，不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物体。PCR过程包括3个步骤: 变性、退火、延伸，需要在高低中3个不同的温度(高温变性:90℃～95℃，低温退火:55℃～60℃;中温延伸:70℃～72℃)下进行。

微流控PCR芯片

Kopp设计的世界上第一款微流控PCR装置

微流控PCR芯片，是基于微流控技术的PCR反应装置。微流控装置体积小巧，样本需求小，成本低，利于现场实时检测；并且具有小的热质，低的热惯性和快速的热传递，以及巨大的比表面积，可以显著提高扩增速度。同时，具有高度集成性，全封闭性，可以减少手工操作，有效避免样本污染。

微流控PCR芯片分类

空间型：流体在微通道运动，温度区域固定

时间型：流体在微通道不动，通道内温度变化

LAMP芯片: 恒温扩增，扩增过程无需温度变化

数字PCR：核酸分子绝对定量技术。将样品稀释到单分子水平，并平均分配到几十至几万个单元中进行反应，在扩增结束后对每个反应单元的荧光信号进行采集，最后通过直接计数或泊松分布公式计算得到样品的原始浓度或含量。

微流控PCR空间型-蛇形式

采用三块铜片作为加热器的蛇形微流控PCR芯片

微流控PCR空间型-辐射式

一种由太阳能驱动的便携式PCR装置，采用辐射式圆盘作为PCR芯片，圆盘的径向三个区域温度不同。扩增数据无线传输到平板电脑进行分析。

微流控PCR空间型-螺旋式

Park 等将一条长3.5m的弹性石英管在有3个温区的圆柱加热器上螺旋式缠绕33周，实现了PCR扩增。其中a为变性区，b为退火区，c为延伸区，d为绝热区。

微流控PCR空间型-振荡式

微流体通道内的振荡液滴示意图。样品液滴在三个不同的加热器之间振荡移动，用于变性（a），退火（b）和延伸（c），第二个PCR循环（d-f）

微流控PCR空间型-闭环式

Sun 团队将多个闭环通道合并在一块芯片内，利用中心的磁铁同时对四重闭环内的磁性流体进行操纵，磁性流体继而推动反应液在环内流动，循环通过 3 个温区。

微流控PCR时间型-集成式

Manage等制作的集成式微流控PCR芯片，可以对全血样本检测处理。与PCR腔室相邻的是微流控阀，可以泵送流体。扩增完成后，该装置可以使用毛细管电泳分离PCR产物。

微流控PCR时间型-离心式

左图为存储试剂的微流控盘片（GeneSlice）和右图兼容转子架（Rotor），可以容纳四个微流控盘片运行。GeneSlice包括样品预扩增室，用于转移预扩增产物的毛细管虹吸阀，用于样品等分结构室，等分结构将多余的液体引导到废物室，用于压力均衡的通气孔膜覆盖。所有需要的试剂都以冻干或风干形式预先储存。

微流控LAMP芯片

Fang等采用PDMS和玻璃制成的微流控LAMP芯片，用于多种基因分析。该芯片由10个微腔体，以及相互连接的微通道构成。

微流控数字PCR芯片

Song等设计的具有蛇形通道的数字PCR芯片，该芯片包括反应室和分支通道。a，第一步样品（红色染料）流过真空的PDMS装置；b，反应室充满样品；c，试用油流过微通道；d，将样品分成单个体积。形成的独立的腔室，经过扩增后，通过数字处理方式，对扩增结果进行分析。

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