“长春光机所科研团队在光电一体化芯片PCR行业取得进展”

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科学技术日报记者杨伦

作为基因检测的金标准，聚合酶链反应( pcr )技术是重要的疾病检测工具。 目前，实时荧光pcr(rt-pcr )技术被用作许多疾病的临床检查的核心手段。 但是，rt-pcr技术在灵敏度、检测限制、分解价格及基础诊断疾病的普及等方面也存在许多不足。

应用光学要点实验室吴文明研究员在长春光机所首次开展了聚合酶链反应技术研究。 最近，团队将光机电一体化技术与芯片实验室技术相结合，针对以前流传下来的rt-pcr技术的缺点进行了系统攻关，取得了一系列突破性进展。

鉴于之前流传的rt-pcr技术核酸检测灵敏度低，以及之前流传的数字pcr技术存在集成自动化程度低等缺点，团队成功开发了使用实时荧光检测模型的连续流动式、全自动、一体化集成数字pcr系统 该系统基于单一恒温热源，一次进样即可同步实现微液滴生成、热循环扩增、核酸绝对定量分解的整个数字化核酸检测过程。 业务流程实现了自动化控制，无需人为操作，处理了传统的数字pcr系统需要手工将样本重复移动到不同设备的弊端。 并且，该系统拥有太阳能电池，实现能源自给，为现场检测奠定基础，同时实验室整体价格在万元以内。 在测试消耗品方面，由于不依赖于海外系统使用的昂贵的数字pcr芯片，因此大幅降低数字核酸检测消耗品的价格。 相关成果包括多份sci刊物( analytica chimica acta、aca-20-374r2； 传感器，20，2492 )。

小组开发成功的低价rt-pcr系统，实现了乙肝、禽流感、甲状腺因子、麻疹、杆菌等多种靶基因的实时荧光定量分析。 结合芯片光学优化和温度循环优化，系统可以实现有效的病原菌原位分解。 针对珀尔帖半导体升降温速度慢的缺点，开发了一种基于机械位移公式的新型rt-pcr定量系统。 该系统实现了放大曲线的检测和用熔化曲线绘制等一系列功能，不仅提高了温度循环速度，而且相对于tec大幅提高了硬件循环的重用寿命，同时降低了整个系统的体积功耗和重量，奠定了快速热循环pcr技术的基础。

处理pcr芯片的流体控制依赖于昂贵的外部驱动系统的弊端，团队系统开展了“外部能量和多杂驱动系统”多相流体自发控制的研究，并从法学层面展开了多种派生原理， 还结合多种自发的流体控制手段和新型芯片设计实现了芯片实验室不同下游的应用，并且基于连续流动式技术提出了国际上能量重量体积最小的“手持式基因指纹分解器”及“手持式实时荧光pcr系统”。

pcr检测pcr作为疾病检测行业广泛应用的技术，目前仍存在较高的检测价格，对检测的普及和国民经济造成了很大的压力。 因此，降低pcr检测价格对各类传染病防控工作具有重要作用，但要实现上述目标仍需要从分析仪器和检测试剂两方面进行深入系统的突破研究，这也将成为团队下一步的业务重点。