A-406 快速实时 PCR 模块与即时检测仪器的一体化集成

《Clinical Chemistry》：A-406 Integration of a Rapid Real-time PCR Module into Point of Care Instruments

摘要

背景

聚合酶链反应（PCR）和实时定量PCR（qPCR）被广泛认为是诊断应用中核酸扩增的金标准方法。尽管PCR仪器有所进步，但传统系统完成检测仍需30分钟以上，限制了其在即时检测中的应用。微流控PCR平台由于热质量减小和热传递改善，具有更快扩增的潜力，但在保持灵敏度和实时荧光检测的同时实现超快速热循环仍是技术挑战。本研究通过开发和评估一种超快速实时微流控PCR模块来弥补这一空白，该模块能够大幅缩短DNA和RNA扩增的出结果时间，适用于整合到即时检测或台式仪器中。

方法

开发了一种定制RT-PCR模块，将注塑成型的聚碳酸酯微流控芯片与新型热循环系统相结合。微流控芯片采用小体积扩增腔室，并用薄聚合物薄膜密封以促进高效热传递。两个热电帕尔帖元件夹持扩增腔室，实现主动加热和冷却，同时策略性布置的荧光检测器可在连续热循环期间实时采集信号。系统优化了热循环参数，包括升降温速率和保温时间。该模块此前已集成到即时检测仪器中，并使用标准未修改的商业RT-PCR试剂独立测试，随后又集成到第二种仪器设计中，展示了其模块化和灵活性。

结果

在台式测试中，RT-PCR模块实现了高达12°C/s的加热速率和10°C/s的冷却速率，扩增腔室内温度控制准确且可重复。40个循环的实时PCR在最快8分钟内完成，与标准约50分钟的方案相比，检测时间减少了84%。首次集成到仪器中后，优化方案在15分钟内完成扩增，效率损失极小。DNA扩增的PCR效率测量值为99.5%，灵敏度与商业仪器相当，可检测到低至1pg/μL的DNA浓度。成功扩增了法医DNA靶标和临床SARS-CoV-2 RNA。随后在完全不同的仪器设计和检测化学体系中也展示了类似性能。

结论

本研究展示了一种超快速实时微流控PCR模块，能够在不修改标准检测化学体系的情况下，实现DNA和RNA的快速可靠扩增。通过结合高效的微流控芯片设计、双帕尔帖热循环和同步荧光检测，该模块在保持与传统实验室仪器相当的灵敏度和效率的同时，大幅缩短了出结果时间。该模块的速度和紧凑设计使其非常适合集成到即时检测和台式仪器中，满足了临床诊断领域对快速核酸检测的关键需求。