九州网页版和数明（míng）小讲堂 | 新冠核（hé）酸（suān）检测之（zhī）PCR技术

2022-04-07

九州网页版和数明小讲堂 | 新冠（guàn）核酸（suān）检测之PCR技术

疫情防控

科学防疫九州网页版和数明（míng）有“芯（xīn）”

当前上（shàng）海正处于（yú）抗（kàng）新型冠状病毒（dú）肺炎疫情防控的（de）关键阶（jiē）段，在（zài）这个（gè）没有硝（xiāo）烟的战（zhàn）场上（shàng），及时快速地（dì）筛（shāi）查新（xīn）冠（guàn）感染者并及时进（jìn）行隔离是阻止新冠病毒肆（sì）意（yì）蔓延的最有效且唯一的手段。核酸检测是目前筛（shāi）查（chá）新冠感染者最（zuì）精准、有（yǒu）效、低成本的技术方（fāng）式。

什么是PCR？

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction), 简（jiǎn）称（chēng）PCR, 又称多聚（jù）酶链式反应，是一项利用（yòng）DNA双链（liàn）复（fù）制的原理，在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。透过这项（xiàng）技术，可在短（duǎn）时（shí）间（jiān）内大量扩（kuò）增目的基因（yīn），而不必依赖大肠杆菌（jun1）或酵母菌等生物体。

PCR扩增的三个基本步骤

（1）变性：模板DNA经加热（rè）至94℃左右并（bìng）保持一定（dìng）时间后，基于DNA半（bàn）保（bǎo）留复制原理，还（hái）有碱基互补配（pèi）对原则，即复制的过程中双链DNA会解链，由双链（liàn）变成单链（liàn），为下轮反应做准备；

（2）退火：模板DNA经加热变性成单链（liàn）后（hòu），温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；

（3）延（yán）伸：温度再升（shēng）至（zhì）72℃左右，在DNA聚（jù）合（hé）酶的作用下，把游离的dNTP按照碱基（jī）互补配对原则结合到单链上，形成一条由旧（jiù）链（liàn）和新链杂（zá）合成的新（xīn）的双链DNA。

PCR扩增原理：变形-退火-延伸温度循环（huán）

理（lǐ）论上（shàng），经过上面步骤，目标DNA浓度可增加一倍（bèi）。重复循环（huán）上（shàng）述过程，可获（huò）得更多的“半保留（liú）复制链”，而形成的新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环（huán）需（xū）2～4分钟，仅需2～3小时就能将目标DNA扩增放大几百万倍。

全自动核酸提纯（chún）及实时荧光PCR分析系（xì）统

经过以（yǐ）上分析，我们就可（kě）以理解为什么核酸检测结果最快能在（zài）几个小时内出结果（guǒ）。

实时荧光PCR定量分（fèn）析

PCR扩增仪温度控制指标主要有：温度的准确性、均（jun1）匀性、以（yǐ）及（jí）升降温速度（dù）。

1. 温（wēn）度的准确性（xìng）：是指样品孔温度与（yǔ）设定温度的（de）一（yī）致（zhì）性，它（tā）直接关系到（dào）实（shí）验的成败。因而对PCR扩增仪而言温度控制就（jiù）意味（wèi）着产品质量。

2. 温度的均匀性：是指样（yàng）品孔间的（de）温（wēn）度差（chà）异，它关系到（dào）在不同样品孔（kǒng）进行反（fǎn）应结果的一致性。

3. 升降温速度：更（gèng）快的升降温速度，可以有效缩短（duǎn）反（fǎn）应时间和可（kě）能的非特（tè）异性结合、反应的（de）时间，从而（ér）提高PCR反应（yīng）特异性。

相较于（yú）传统的相对稳（wěn）定耐用的（de）机（jī）械式，新的半导（dǎo）体（tǐ）温（wēn）控技术——TEC温度控制技术具有（yǒu）升降温更快速的（de）优势，已经成为PCR扩增（zēng）仪的首选温度控制（zhì）技术。

半导体制冷（lěng）器 (Thermo Electric Cooler，简称 TEC) 是利用半导（dǎo）体材料的帕尔（ěr）贴效应制（zhì）成（chéng）的。如图（tú）下所（suǒ）示，帕（pà）尔帖效应是（shì）指当直流电流通过两种（zhǒng）半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放（fàng）热的（de）现象（xiàng）。TEC 包括一些 P 型和 N 型对（组），它们（men）通过电极连在（zài）一起（qǐ），并且夹在两个陶瓷（cí）电极之（zhī）间，当（dāng）有电（diàn）流（liú）从 TEC 流过时，电流产（chǎn）生的热（rè）量会（huì）从 TEC 的一侧传到（dào）另一侧，在 TEC 上产生″热″侧和″冷″侧（cè），这就（jiù）是（shì） TEC 的加（jiā）热（rè）与致冷原理。

帕尔帖效应，PN 节以（yǐ）及热流动（dòng）示意（yì）图

PCR扩增（zēng）仪一（yī）般（bān）具有两种温控（kòng）模式，即模（mó）块（kuài）温控模式（Block-control）和反应管温控模（mó）式（shì）（tube-control）。管内（nèi）样品的温度无法与温控（kòng）模块同时达到预设（shè）温（wēn）度（dù），特别是PCR反应中的孵育过程一般为30秒或更短，如果采（cǎi）用只（zhī）有模（mó）块（kuài）温控模式的（de）话，反应混合物（wù）孵育（yù）的时（shí）间与程序（xù）设定的时间会有相当大的差距。为了达到反应（yīng）管内（nèi）部（bù）温度精确控制，需采（cǎi）用反应管控制模模（mó）式，通（tōng）过温度控制算法进行参数标定和补偿，确保反应混合（hé）物按照程序（xù）设定的（de）时间维持预设温度。

科技战“疫”，九州网页版和数明在行动

面对近期香港、深圳、上海等地奥密（mì）克戎（róng）的快速扩散，核酸检测能力在数量和（hé）速度方面都面临（lín）着（zhe）极大的（de）考验。数（shù）明半导（dǎo）体（tǐ）积极发挥了科技技术方面的优势（shì），组织技术专家研究PCR扩增（zēng）技术的（de）优（yōu）化（huà）解决（jué）方案，以功率器件门（mén）极（jí）驱动芯（xīn）片和TEC控制器为着力（lì）点，优先保障（zhàng）芯片供应和交付，与（yǔ）客户一起助力抗疫，共（gòng）克时艰。

数（shù）明半导体自研（yán）的20V-600V耐压全系列的低（dī）边、半桥、三相半桥（qiáo）等功率管门极驱动芯片（SLM2103S、SLM2136等）可用于驱动TEC，协助PCR扩（kuò）增仪器（qì）客户快（kuài）速、方便地（dì）完成（chéng）系统设计，在当前半导体供应短缺时期，可以满足客（kè）户（hù）设计（jì）方案的快速（sù）变更、验证（zhèng）与（yǔ）量产（chǎn）。

600V耐（nài）压半桥功率器件驱动芯片工作示意图

600V耐压三相半桥（qiáo）功率器件驱（qū）动芯片工作示意图

九州网页版和数明半导（dǎo）体的单芯片TEC控（kòng）制器产（chǎn）品——SLM8833/8834/8835 集成了（le）TEC驱动（dòng）电路、低温飘高（gāo）精度温度误（wù）差放大器及环路补（bǔ）偿电路、温（wēn）度设定与传感电路，采用高效的（de）单电感架构（gòu），实现更紧凑、更高的转换（huàn）效率及更低的噪（zào）声；其中（zhōng）功（gōng）率级集（jí）成了超低阻抗的MOSFET，损耗更低寿命更（gèng）久；同时匹（pǐ）配模拟PID与数字PID两种温（wēn）控模（mó）式，以满足客户PCR扩增（zēng）仪的小型（xíng）化创新设计（jì）需求。