便携式自然对流PCR仪的研制
便携式自然对流PCR仪的研制
本论文结合自然对流与荧光检测检测技术，研制了微型的便携式自然对流PCR仪，并在该仪器上以λ噬菌体为样本，实现了核酸的快速复制。本研究所开发的便携式快速PCR微系统对于实现床边检测(Point of Care, POC)具有重要的应用价值。
机理：当圆筒的上下表面保持恒温，圆筒内液体即可以上下表面的温差驱动下实现Rayleigh-Bénard对流(图1)，从而将腔体内的PCR样品携带至不同温区，实现变性(94 °C)，退火(57 °C)，延伸(72 °C )，最终实现DNA的复制。
采用数值分析的方法研究了圆柱型腔体底面直径与高度不同时，腔体内的流体的热量及运动分布特征(图2)，结果表明，腔体内主要存在以下四种对流特征: (1)当h=9.0, d=1.0时，对流循环集中于腔体底部；(2)当h=13.5, d=1.0时，腔体几乎不存在对流循环；(3)当h=6.0, d=1.5时，腔体尽管存在3个对流循环，但是该循环无法使DNA达到PCR所需的温度区间；(4)当h=15, d=1.5时，腔体内对流较为稳定，且分布于整个腔体内。基于以上结果，采用PMMA制备了可实现PCR的圆柱型微型腔。
便携式自然对流PCR仪(图3)主要由温度控制器、加热模块及微型腔组成。微型腔体的上下表面采用PCR热封膜密封。上下表面温度为55°C与97.2°C。为提高PCR反应效率，PCR反应液内添加了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。最后以λ-DNA为样本，验证了系统PCR的有效性
结果表明，20 min内可成功实现λ-DNA的自然对流PCR扩增，30 min后PCR产物量基本达到稳定状态，0.1% PVP时自然对流PCR效率最高。
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