PCR（聚合酶鏈式反應）是分子生物學實驗室常見技術。然而，PCR技術發展緩慢，是高通量測序的一個限制因素。最近，加州大學伯克利分校的生物工程教授Luke Lee 博士和他的團隊研發出一種超速光電PCR技術——能顯著加快PCR反應中DNA變性、退火的速度。

　　PCR（聚合酶鏈式反應）是分子生物學實驗室常見技術，也是DNA測序的必須步驟。然而，相比于其他分子技術，PCR技術發展緩慢，是高通量測序的一個限制因素。

 

　　雖然不少研究成果加快了PCR系統的擴增速度，但是還沒有能夠開發出一個明顯快于現有的DNA變性、退火速度的新熱循環過程。多年來，科學家們一直致力于研發具備低消耗、操作簡易，體積小等優勢的超快速PCR儀。它的超快速度將對即時診斷產生重大影響。

 

　　超速PCR——光能轉換成電能生成熱能

 

　　最近，加州大學伯克利分校的生物工程教授Luke Lee 博士和他的團隊研發出一種超速光電PCR技術——能顯著加快PCR反應中DNA變性、退火的速度。設計原理：當暴露于光照下，自由電子活躍震蕩產生熱量。一旦光線關閉，電子停止震蕩，不再產生熱能。

 

　　基于上述物理學原理，為加快溫度循環的速度，研究人員采用了一種具備高效吸收光能、在光譜分析中常用的材料——黃金，選取厚約120nm的薄片黃金包裹包含微流體的塑料芯片，其上可放置混有PCR反應液和DNA樣本的溶液管。

 

　　研究人員選取峰值波長在450nm左右的LED燈，用光激活黃金薄膜表面的電子，達到每秒13℃的速度加熱DNA溶液。同樣，冷卻時，溫度以每秒6.6℃的速度下降。

 

　　55℃升溫至95℃且循環30次的PCR過程可控制在5分鐘內，而目前的PCR儀器約要花費一個小時才能完成。

 

　　為了證明他們新開發的系統具有實際應用價值，研究人員運用光子PCR儀器擴增DNA樣品，結果正常。光電PCR儀速度快、靈敏度高、成本低。科研人員還正在研發超速基因診斷芯片。這個技術能夠提供即時結果，應用前景廣闊。

 

　　相關研究成果于7月31日在線發表于《 Light: Science & Application》。