科学家开发了一种可在5分钟内完成超快速PCR的数字微流体技术

PCR因其极高的灵敏度、耐受核苷酸变异以及执行多重检测的能力，广泛应用于核酸检测。微流控技术因其在试剂分配、减少反应体积和自动化方面的优势得到广泛应用。其中，基于介电润湿（EWOD）的数字微流控无需借助外部支撑元件，进行单个液滴的准确操控，高度可配置化有望在芯片实验室应用中开发高效的工作流程。目前，基于EWOD的PCR仍面临高温条件易产生气泡、液滴在热区快速移动导致质击穿、超快速热循环反应中温度传感器检测不准确等挑战，阻碍了EWOD在快速PCR检测中的应用。

近日，澳门大学贾艳伟教授课题组在《Biosensors and Bioelectronics》期刊上发表题为“Sub-5-Minute Ultrafast PCR using Digital Microfluidics”的研究文章。该研究是基于EWOD数字微流控平台的超快速PCR，采用双层加热、多孔超疏水膜、隔温槽、可溶性化学温度传感器等技术，全面提高了EWOD数字微流控系统的稳定性，在保证与传统PCR灵敏度相当的前提下，可在3.7 ~ 5分钟内完成40个热循环的PCR。

该研究采用磺酰罗丹明B作为温度传感器，进行精准的液滴内温度校准与调控，同时采用底部与底部双层加热的方式减少液滴的垂直温度差，确保液滴PCR的准确性与稳定性。同时，选择聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为介电层保护电极在高温下不被击穿。基于多孔膨体PTFE（ePTFE）的可膨化特性，将其覆盖于半固化的PDMS上作为疏水层，进而消除高温条件下产生的气泡。此外，在顶部高温薄膜加热器外围增设了隔热槽（TIG），增大变性与退火/延伸两个温区的水平温度差，缩短液滴升降温所需的移动距离。

基于以上技术的开发，所设计的超快速EWOD PCR系统可在3.5~5分钟内完成40个循环，检测效率为传统PCR方法的10~17倍。在6个数量级的梯度性检测中，可达10 拷贝/反应，与传统PCR一致，扩增效率达95.31%。

该研究基于EWOD数字微流控平台建立了一种超快速PCR系统，集成了新型材料与先进技术，能够在为EWOD系统在PCR检测中的进一步应用奠定了基础。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095656632300653X?via%3Dihub

注：此研究成果摘自《Biosensors and Bioelectronics》杂志，文章内容并不代表本网站的观点和和立场，仅供参考。