开云登陆入口和数明（míng）小讲堂 | 新冠核酸（suān）检测（cè）之PCR技术（shù）

2022-04-07

开云登陆入口和数明小讲堂 | 新冠核酸检测之PCR技术

疫情防控（kòng）

科学防疫数（shù）明（míng）有“芯”

当前上海正（zhèng）处于抗新（xīn）型冠（guàn）状病毒肺炎（yán）疫（yì）情防控的关键阶段，在这个没有硝（xiāo）烟的战（zhàn）场上，及时（shí）快速（sù）地筛查新（xīn）冠感（gǎn）染者并及（jí）时进（jìn）行隔离是阻止新冠（guàn）病毒（dú）肆意蔓延的最有效且唯一的手段。核酸（suān）检测是目（mù）前筛查（chá）新冠感染者最精准、有（yǒu）效、低成本的技术（shù）方式。

什么是PCR？

聚合酶链式反（fǎn）应(Polymerase Chain Reaction), 简称PCR, 又称多聚（jù）酶链式反应，是（shì）一项利用DNA双链（liàn）复制的原理，在生（shēng）物体外（wài）复制（zhì）特定DNA片段的核酸（suān）合成技术（shù）。透（tòu）过这（zhè）项技（jì）术，可在短时间内大量扩增（zēng）目的基（jī）因，而不必（bì）依赖大肠杆菌或酵（jiào）母菌（jun1）等生物体。

PCR扩增的（de）三个基本步骤

（1）变性：模板（bǎn）DNA经加热至（zhì）94℃左右并保持一定（dìng）时间后，基于DNA半保留复制原理，还有碱（jiǎn）基互补配对原则，即复制的过程中双链DNA会解链，由双链变（biàn）成单链，为下轮（lún）反应做准备；

（2）退火：模（mó）板DNA经加（jiā）热变性成单链后（hòu），温（wēn）度降至（zhì）55℃左右，引（yǐn）物（wù）与（yǔ）模板DNA单链的互（hù）补（bǔ）序列配对结合；

（3）延伸：温度再升（shēng）至72℃左（zuǒ）右，在DNA聚（jù）合酶的作（zuò）用下，把游离的dNTP按（àn）照碱基互补配对原则结合到单链上，形成一条由旧链（liàn）和新链杂合成（chéng）的新的双链DNA。

PCR扩增原理：变形-退火-延伸（shēn）温度循环

理论上，经（jīng）过上面步（bù）骤，目（mù）标DNA浓（nóng）度可增加一（yī）倍（bèi）。重复循（xún）环（huán）上（shàng）述过程，可获（huò）得更多的（de）“半保留（liú）复制链”，而形成的新（xīn）链（liàn）又可成为下次（cì）循（xún）环的模板。每完（wán）成一（yī）个循环需2～4分钟，仅需2～3小时就能（néng）将目标DNA扩增放大几（jǐ）百万倍。

全自动（dòng）核酸提纯及实时荧光PCR分析系统

经过以上分（fèn）析，我们就可以理解为什么核酸检（jiǎn）测（cè）结果最快（kuài）能在几个小（xiǎo）时内出结果。

实时荧光PCR定量分析（xī）

PCR扩增仪温度控制指标主要有：温度的准确（què）性、均匀（yún）性、以（yǐ）及升降温速度。

1. 温度（dù）的准确性（xìng）：是指样品孔温度与设定温度的（de）一致性（xìng），它直接关（guān）系到（dào）实验的成败。因而对PCR扩（kuò）增（zēng）仪而言温度控制就意味着产（chǎn）品质量。

2. 温度的均匀性：是指（zhǐ）样品孔间的温度差异，它关（guān）系到在不同样品孔进行反应结（jié）果的一致性。

3. 升降温速度：更快的（de）升降温速度（dù），可（kě）以（yǐ）有效缩短反应时间（jiān）和可（kě）能的非特异性结（jié）合、反应的时间，从而提高（gāo）PCR反应特异（yì）性。

相（xiàng）较于传统（tǒng）的（de）相对稳（wěn）定（dìng）耐用的机（jī）械式，新的半导体温控技术——TEC温度控制技术具（jù）有升降温（wēn）更快速的优势，已（yǐ）经成（chéng）为PCR扩增（zēng）仪（yí）的（de）首选温度控制技术。

半导体制冷器 (Thermo Electric Cooler，简称 TEC) 是利用（yòng）半导体材料的帕尔贴效应（yīng）制成的。如（rú）图下所示，帕尔帖（tiē）效（xiào）应（yīng）是指当直流电流通过（guò）两种半导体材料（liào）组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。TEC 包（bāo）括一（yī）些 P 型和 N 型对（组），它们通过电极连在（zài）一（yī）起，并且夹在两个陶（táo）瓷（cí）电（diàn）极之间，当有电流从 TEC 流（liú）过时，电流产生的热量会从 TEC 的（de）一侧传到另一侧（cè），在 TEC 上产生″热″侧（cè）和″冷″侧（cè），这就是 TEC 的加热与致冷原理。

帕尔帖效应，PN 节以及热流动示意图

PCR扩增仪一般（bān）具有两种温控模式，即（jí）模块温控模式（Block-control）和反应（yīng）管（guǎn）温控模式（tube-control）。管（guǎn）内样（yàng）品的温度无法（fǎ）与温控（kòng）模块（kuài）同时达（dá）到预设温度（dù），特别是PCR反（fǎn）应（yīng）中的孵育过程一般为（wéi）30秒或更短，如果（guǒ）采用只有模（mó）块温控（kòng）模式的话，反应混合（hé）物孵（fū）育的时间与程（chéng）序设定的时间会有相当大的差距。为了达到反应管内部温度精确控制，需采用反应管控制（zhì）模模式，通过温度控（kòng）制算法进行参数标定（dìng）和补偿，确保（bǎo）反应混合物按照程序设定的（de）时间维持预设温度。

科技战“疫（yì）”，开云登陆入口和数明在行动

面（miàn）对近期香港、深圳、上海等地奥密克戎的快速扩散，核（hé）酸检（jiǎn）测能力在数（shù）量和速度（dù）方面都面（miàn）临着极大的考（kǎo）验。开云登陆入口和数明半导体积极发（fā）挥了（le）科技技术方面的优势，组织技术（shù）专家研究PCR扩（kuò）增技术（shù）的优化解决方案，以功率器件门（mén）极驱动芯（xīn）片和（hé）TEC控制（zhì）器为着力点，优先保障芯片供应和交付，与客户一起助力抗（kàng）疫，共克时艰。

数（shù）明半（bàn）导（dǎo）体自（zì）研的20V-600V耐压全系列的低边（biān）、半桥、三相（xiàng）半桥等功率（lǜ）管门极（jí）驱动芯片（piàn）（SLM2103S、SLM2136等）可用于驱动TEC，协（xié）助PCR扩增仪（yí）器（qì）客户快速、方便（biàn）地完成系统（tǒng）设计，在当（dāng）前半导体供应短（duǎn）缺时期，可（kě）以满足客户（hù）设（shè）计方案的快速变更（gèng）、验证与量（liàng）产。

600V耐压半桥（qiáo）功率器（qì）件驱动芯片工作示意图

600V耐压三相（xiàng）半桥功率器件驱动芯（xīn）片工作示意（yì）图

开云登陆入口和数明半导体的单芯片（piàn）TEC控（kòng）制（zhì）器产品——SLM8833/8834/8835 集（jí）成了TEC驱动电路、低（dī）温飘高（gāo）精（jīng）度温度（dù）误差放（fàng）大器及环路补偿电路、温度设定与传感电路，采用高效的单（dān）电（diàn）感架构，实现（xiàn）更紧（jǐn）凑（còu）、更高的转换效（xiào）率及更低的噪声；其（qí）中功率（lǜ）级集成了超低阻抗的MOSFET，损耗更低（dī）寿命更久；同（tóng）时匹配模拟PID与数字PID两种（zhǒng）温控模式，以满足客户PCR扩增仪（yí）的小型化创新设计需（xū）求（qiú）。