热循环仪：分子诊断中仍具有挑战的至关重要技术

热循环仪：分子诊断中仍具有挑战的至关重要技术

基于 PCR 技术的分子诊断十分高效，依赖于热循环

分子诊断是帮助研究者和医护人员进行诊断和做出决策的关键技术，以DNA和RNA为诊断材料，用分子生物学技术通过检测基因的存在、缺陷或表达异常，从而对生物体状态和疾病作出诊断。

分子诊断技术可以快速执行基因检测工作。将实验室测试与分子生物学相结合，检测DNA或RNA的结构是否变化、量的多少及表达功能是否异常，以确定受检者有无基因水平的异常变化。通过分离DNA链并快速复制数百万次、甚至数十亿次，从而提高检测微生物等病原体和分析患者基因的速度和准确性，可以为医生做出正确诊断和治疗决策提供必需的基本信息。

基于 PCR 技术的分子诊断十分高效，一项关键步骤是体外扩增目标核酸片段，即聚合酶链式反应，然后使用荧光定量或数字技术检测受测扩增样本。这种方法依赖于热循环，包括重复加热和冷却DNA熔化和DNA酶促复制反应的循环。PCR实验需要大量的热循环步骤来产生数千条DNA序列以进行分析。

热循环的关键考虑因素

1）热循环过程

DNA的复制过程，由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：模板DNA的变性，模板DNA与引物的退火(复性)，引物的延伸。通常，PCR由一系列20到40次重复的温度变化组成，称为热循环，每次循环使DNA拷贝加倍。在大约40个循环中，可以生成大约10亿个DNA拷贝，以生成足够的生物标记物，其可以通过光学测量系统高精度识别。

热循环的温度变化通常是在高温（95°C）下进行单一温度步骤，分离DNA，然后冷却至50至65°C之间的熔融温度，生物标记物将与DNA结合，最后将温度提高到72℃，以便对DNA的拷贝进行检测。

2）精确的温度控制

在热循环中，每个工艺温度的加热和冷却时间需要精确的温度控制，需要极快的升降温速率，以最大限度地缩短扩增的总持续时间。

热循环过程中样品温度控制的能力对于PCR检测结果的准确性和整体性能十分重要。如升降温速度，维持时间以及算法对于预测样品温度（包括模块温度）都是准确控制样品温度的关键。

热循仪是实现这种热循环过程的仪器，其升降温速度意味着在一定时间内发生的PCR步骤之间的温度变化，并通过用摄氏度每秒(℃/sec)作为单位。 相应的“升温”和“降温”分别代表着热模块的加热和冷却过程。由于热量从模块传输至样品需要一定的时间，样品实际的升降温速度会较慢（相对于模块）。 因此，对于变温速度的定义需要进行区分和了解。

3）设计热循环仪的挑战

常规的PCR仪在目前市场上已经非常普遍， 大部分的设计难题已经被攻克。但是当将PCR仪整合到即时分子诊断仪器时，则会带来一些新的挑战，如尽可能小的加热模块，可提供快速和可重复循环的控制系统设计、允许不同检测芯片位置的机制设计以及温控界面设计，确保高效和可重复的热传递接口设计，还需要设计有多个PCR室，以便能够分析多个样品和标准品。

Palm-100热循环仪

Palm-100热循环仪是一款设计用于满足实验室和POCT基础热循环需求的微型化、精确且经济的热循环仪。整个热模块只允许最小的温度梯度，以最大限度地降低整个样品孔的温度过冲，这对于使用多孔的自动PCR仪来说仍是一个挑战。

Palm-100热循环仪采用热电模块（TEC, Thermo-Electric Cooler）进行快速控温。与其他类型的热循环装置相比，Palm-100的优点是使用了两级精确的温度控制，其结构紧凑、实现了更快的升温速率和效率。对于产品便携性要求高的客户， Palm-100热循环仪为极佳的选择。

1）触摸屏用户界面

Palm-100热循环仪深知用户界面在用户可用性方面起着至关重要的作用，设计用户界面（UI）时充分兼顾实用性，易用性的同时又能减少失误操作并保持美观。

2）样本容量

Palm-100热循环仪有3孔或6孔样品容量版本可供选择，其超便携设计，紧凑轻便，尤其适应于分子诊断应用。使用Palm-100进行PCR扩增，现场即时热循环，包括PCR, RT-PCR, qPCR和等温测试等等。

3）光源和检测器

Palm-100热循环仪易于集成荧光检测模块。荧光定量PCR涉及到激发光源和检测器的选择，我们使用LED光源加滤光片获得激发光，检测器则为CMOS探测器。在选择光源和检测器时充分兼顾生产成本，设备检测稳定性以及后期维护成本。