PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見技術(shù)，也是DNA測序的必須步驟。然而，相比于其他分子技術(shù)，PCR技術(shù)發(fā)展緩慢，是高通量測序的一個限制因素。

    雖然不少研究成果加快了PCR系統(tǒng)的擴(kuò)增速度，但是還沒有能夠開發(fā)出一個明顯快于現(xiàn)有的DNA變性、退火速度的新熱循環(huán)過程。多年來，科學(xué)家們一直致力于研發(fā)具備低消耗、操作簡易，體積小等優(yōu)勢的超快速PCR儀。它的超快速度將對即時診斷產(chǎn)生重大影響。

    超速PCR——光能轉(zhuǎn)換成電能生成熱能

    zui近，加州大學(xué)伯克利分校的生物工程教授Luke Lee 博士和他的團(tuán)隊研發(fā)出一種超速光電PCR技術(shù)——能顯著加快PCR反應(yīng)中DNA變性、退火的速度。設(shè)計原理：當(dāng)暴露于光照下，自由電子活躍震蕩產(chǎn)生熱量。一旦光線關(guān)閉，電子停止震蕩，不再產(chǎn)生熱能。

    基于上述物理學(xué)原理，為加快溫度循環(huán)的速度，研究人員采用了一種具備吸收光能、在光譜分析中常用的材料——黃金，選取厚約120nm的薄片黃金包裹包含微流體的塑料芯片，其上可放置混有PCR反應(yīng)液和DNA樣本的溶液管。

    研究人員選取峰值波長在450nm左右的LED燈，用光激活黃金薄膜表面的電子，達(dá)到每秒13℃的速度加熱DNA溶液。同樣，冷卻時，溫度以每秒6.6℃的速度下降。

    55℃升溫至95℃且循環(huán)30次的PCR過程可控制在5分鐘內(nèi)，而目前的PCR儀器約要花費(fèi)一個小時才能完成。

    為了證明他們新開發(fā)的系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用價值，研究人員運(yùn)用光子PCR儀器擴(kuò)增DNA樣品，結(jié)果正常。光電PCR儀速度快、靈敏度高、成本低?？蒲腥藛T還正在研發(fā)超速基因診斷芯片。這個技術(shù)能夠提供即時結(jié)果，應(yīng)用前景廣闊。

    相關(guān)研究成果于7月31日在線發(fā)表于《 Light: Science & Application》。