台湾学者研发出简便又廉价的新型PCR平台

台湾研究人员开发出一种新型的毛细管对流PCR平台（CCPCR），其中毛细管固定在一个温度为95°C的加热器上。不断加热的毛细管底座驱动样品的最低部分上升，同时让模板变性。当此部分样品上升时，它的温度降低，因为周围空气的冷却。当样品到达管顶部的低温区带时，它经历退火和延伸。如此这般，通过自然对流实现PCR循环。

　　

尽管目前科学界做了不少努力，来降低PCR技术和仪器的规格、价格和升降温时间，但现有的热循环仪及微流体平台还是无法同时满足这三方面。对此，国立台湾大学和国立屏东科技大学的一些研究人员借助自然对流开发出更为简化的DNA扩增平台。

国立台湾大学临床医学研究所的陈教授（Pei-Jer Chen）表示，他们的自然对流（natural convection）PCR理念来源于日常生活中的煮开水。陈教授及其同事开发出的新PCR系统只利用了一个毛细管和一个等温加热元件，完全摒弃了复杂的通道、泵及昂贵的热循环仪。

陈教授解释道：“我们逐渐认识到，对毛细管底部加热产生的自然对流可能产生了PCR所需的热循环流。并且，我们不需要像传统热循环仪一样控制三种温度。”

自然对流是没有外界驱动力但流体依然存在运动的情况，引起这种对流的内在力量是温度差或者（组分的）浓度差。自然对流也能应用于DNA扩增。当样品中的试剂受自然对流驱动，重复通过三个不同的温度区带时，样品就有可能开展PCR循环的三个步骤：变性、退火和延伸。使用这种平台，就不再需要精密且昂贵的热循环仪。然而，目前的对流PCR系统使用两个以上独立的温度控制器以及复杂的管型设计。而且，某些操作还需要一定的熟练程度，比如试剂上样到细细的管中，还不能有气泡。

陈教授他们开发出一种新型的毛细管对流PCR平台（CCPCR），其中毛细管固定在一个温度为95°C的加热器上。不断加热的毛细管底座驱动样品的最低部分上升，同时让模板变性。当此部分样品上升时，它的温度降低，因为周围空气的冷却。当样品到达管顶部的低温区带时，它经历退火和延伸。如此这般，通过自然对流实现PCR循环。

图片来自BioTechniques

毕竟这是一个完全不同于传统PCR仪的平台，引物和扩增子的设计也有所不同。研究人员认为，除了Tm（引物的熔解温度）外，Td（扩增子的变性温度）也很重要。对于CCPCR，设计规则应为Tm高，Td低。研究小组成功在30分钟内从三个病毒基因组中扩增出DNA序列，扩增子长度≤500 bp，每个反应的灵敏度为30个拷贝。

研究人员们也曾担心过室温对CCPCR的影响，因为该平台使用室温作为冷却机制。在他们的试验中，CCPCR在4°C的冰箱及33°C的孵育器中都能成功开展，不过当室温超过38°C时，PCR反应还是失败了。因此，CCPCR只适合一般的室温操作，非常热的地方则不使用。

对流PCR有望应用在疾病爆发和传播的监控上。为了让费用更低，且操作尽可能简单，陈教授和他的团队正在研究其他的加热装置，比如平板，方便的动力源以及简单的读取方法。（生物通 薄荷）

原文阅读：

Rapid DNA amplification in a capillary tube by natural convection with a single isothermal heater
BioTechniques, Vol. 50, No. 1, January 2011, pp. 52–57