微流控PCR装置中温度控制技术评述.pdf

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1、8传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第3l卷第2期微流控PCR装置中温度控制技术评述刘勇，高娜，朱灵，李飞，王贻坤，张龙(中国科学院安徽光学精密机械研究所光电子技术研究室，安徽合肥230031)摘要：在微流控PCR装置中，温度直接影响PCR扩增结果，精确控制温度是微流控PCR的一个关键问题。温度控制包括系统加热方式和冷却方式，温度的测量和控制算法。加热和冷却有多种不同的实现方式，控制算法基本采用PID算法。总结了微流控PCR温度控制系统的加热方式、冷却方式和测量方式，并比较了各种方法的优缺点。关键词：PCR；微流控；温度

2、控制中图分类号：TP602文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)02-0008-03Review0ftemperaturecontroltechnology0fPCR■n⋯1‘mlCr0tlUidicdevicesLIUYong，GAONa，ZHULing，LIFei，WANGYi—kun，ZHANGLong(OptoelectronicTechnologyLaboratory，AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：InPCR

3、microfluidicdevices，theresultofPCRamplificationisdirectlyaffectedbytemperature，SOhowtocontrolthetemperatureforPCRmicrofluidicspreciselyisacrucialissue．Thetemperaturecontrolincludesheatingways，coolingways，measurementoftemperatureandcontrolalgorithm．Therearemanykindsofwaysforheatingandcooling，whil

4、ethemostcommonlyusedtemperaturecontrolalgorithmisaccomplishedthroughaproportional／integral／diferentialmodule．Theheatingways，coolingwaysandtemperaturemeasurementforPCRmicrofluidicsaresummarizedandcomparedintermsofadvantagesanddisadvantages．Keywords：PCR；microfluidics；temperaturecontrol0引言否，较大的温度偏差

5、会导致扩增失败：变性温度太高会影响20世纪90年代初，ManzA和WidmerHM首次提出微DNA聚合酶的活性；退火温度过低会导致大量非特异性产型全分析系统(miniaturizedtotalanalysissystems)的概物出现，而过高又会使扩增效率下降；不合适的延伸温度也念，其核心是微流控芯片，即以微机电系统(micro—elec．会对扩增产物的特异性、产量造成影响J。近年来研究表tro—mechanicalsystems，MEMS)技术为依托，通过控制微通明：提高PCR热循环中3个温区之问的升降温速率，不道中的流体将取样、预处理、反应、分离和检测等操作集成仅能够缩短整个PCR

6、扩增过程所需时间，而且特异性更在微芯片上进行，实现分析系统的微型化、集成化、自动化好。微流控芯片为PCR微型化操作提供了一条可行的途与便携化。聚合酶链式反应(polymerasechainreaction，径，较小的反应体积不仅可以大大减少试剂消耗还可提高PCR)是Mullis于1985年发明的一种在体外快速扩增特定升降温速率。基因或DNA序列的方法。PCR的原理类似于DNA的体1微流控PCR装置中加热方式和冷却方式加热和冷却方式直接影响温度的升降温速率，决定了内复制，在试管中给DNA的体外合成提供模板DNA、寡核苷酸引物、DNA聚合酶、Mg”、合适的缓冲体系，进行DNAPCR扩增所需

7、的时间。模板的变性，引物与模板的退火和引物的延伸，经过多次变1．1微流控PCR装置中加热方式微流控PCR装置中采用的加热方式大致可分为接触性、退火和延伸后，待扩增的DNA分子或者片断可放大几十甚至几百万倍。式和非接触式加热两种。接触式加热是将加热源直接与微在PCR的热循环中，温度直接影响PCR扩增成功与芯片接触，以传导方式对反应区域加热。可采用片上集成收稿日期：2011-07-02基金项目：中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目(083RC