自然对流是没有外界驱动力但流体依然存在运动的情况,引起这种对流的内在力量是温度差或者(组分的)浓度差。自然对流也能应用于DNA扩增。当样品中的
试剂受自然对流驱动,重复通过三个不同的温度区带时,样品就有可能开展PCR循环的三个步骤:变性、退火和延伸。使用这种平台,就不再需要精密且昂贵的热循环仪。然而,目前的对流PCR系统使用两个以上独立的温度控制器以及复杂的管型设计。而且,某些操作还需要一定的熟练程度,比如试剂上样到细细的管中,还不能有气泡。
陈教授他们开发出一种新型的毛细管对流PCR平台(CCPCR),其中毛细管固定在一个温度为95°C的加热器上。不断加热的毛细管底座驱动样品的最低部分上升,同时让模板变性。当此部分样品上升时,它的温度降低,因为周围空气的冷却。当样品到达管顶部的低温区带时,它经历退火和延伸。如此这般,通过自然对流实现PCR循环。
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图片来自BioTechniques
毕竟这是一个完全不同于传统PCR仪的平台,引物和扩增子的设计也有所不同。研究人员认为,除了Tm(引物的熔解温度)外,Td(扩增子的变性温度)也很重要。对于CCPCR,设计规则应为Tm高,Td低。研究小组成功在30分钟内从三个病毒
基因组中扩增出DNA序列,扩增子长度≤500 bp,每个反应的灵敏度为30个拷贝。
研究人员们也曾担心过室温对CCPCR的影响,因为该平台使用室温作为冷却机制。在他们的试验中,CCPCR在4°C的冰箱及33°C的孵育器中都能成功开展,不过当室温超过38°C时,PCR反应还是失败了。因此,CCPCR只适合一般的室温操作,非常热的地方则不使用。
对流PCR有望应用在疾病爆发和传播的监控上。为了让费用更低,且操作尽可能简单,陈教授和他的团队正在研究其他的加热装置,比如平板,方便的动力源以及简单的读取方法。