1993年 Kary Banks Mullis 憑借PCR技術(shù)一舉拿下諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，PCR技術(shù)可以簡(jiǎn)單理解為 “生物體外的特殊DNA復(fù)制技術(shù)”，在當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，PCR被稱作“在生物化學(xué)和遺傳學(xué)研究領(lǐng)域占有重要地位” 。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：很多兇殺案現(xiàn)場(chǎng)兇手會(huì)留下DNA信息，光憑現(xiàn)場(chǎng)留下的DNA數(shù)量做身份鑒定是不夠的，這時(shí)候往往都會(huì)利用PCR技術(shù)對(duì)DNA進(jìn)行體外復(fù)制，然后再進(jìn)行鑒定。除此之外，無(wú)論是化石中的古生物甄別還是歷史人物殘骸鑒定，幾乎都會(huì)用到PCR，直到今天，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)不斷蛻變而革新從未淡出我們的視野。

今天，就為大家提供一篇Pixelteq系列產(chǎn)品Pixelsensor在PCR中的應(yīng)用。

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【微光譜應(yīng)用】

革命性傳感器PixelSensor在聚合酶鏈反應(yīng) (PCR) 中的應(yīng)用

概述

近幾年來(lái)，在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)和臨床領(lǐng)域，point-of-care testing(POCT) 成為一個(gè)比較熱門的詞匯。它最早出現(xiàn)在美國(guó)，意思是在發(fā)病或者發(fā)生事件的地點(diǎn)進(jìn)行診斷、監(jiān)控和治療，能快速地獲得檢驗(yàn)結(jié)果并及時(shí)做出正確的處理。POCT的發(fā)展使得緊湊型光學(xué)和檢測(cè)技術(shù)的需求不斷增加。高度集成的多光譜傳感器充分滿足了這個(gè)需求，顯著降低了整體儀器的復(fù)雜性、體積和成本。與采集全譜信息的光譜儀不同，多光譜傳感器僅采集最感興趣的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。通過(guò)將濾光和檢測(cè)集成到多達(dá)8個(gè)通道的單片探測(cè)器上，PIXELTEQ公司突破性的PixelSensor^TM多光譜傳感器可以在指甲般大小的尺寸上實(shí)現(xiàn)更高的多光譜檢測(cè)效率。

手持式POCT儀器

POCT使用的儀器是體外診斷的一種新的產(chǎn)品形式，也就是將要檢測(cè)的項(xiàng)目，整合在一種可以攜帶的儀器中，使醫(yī)生能快速地獲得檢驗(yàn)結(jié)果，從而達(dá)到改善治療過(guò)程的目的。通常，疾病檢查是在醫(yī)院的中央實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，單一項(xiàng)目的檢查雖然成本較低，但是無(wú)法及時(shí)得到檢驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)性的治療就不能立即開(kāi)始，同時(shí)還受檢驗(yàn)地點(diǎn)的限制。POCT的出現(xiàn)，可以說(shuō)是填補(bǔ)了快速診斷的空隙。時(shí)至今日，POCT的檢查范圍在擴(kuò)大，對(duì)某些項(xiàng)目的檢驗(yàn)已從獲得定性結(jié)果到獲得定量參數(shù)，其結(jié)果的精確性和可靠性不僅能媲美中央實(shí)驗(yàn)室，而且非專業(yè)人員也可以操作。因此獲得了巨大的發(fā)展，在當(dāng)今的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占有一席之地。

要想成為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的有效替代物或補(bǔ)足物，POCT所用儀器需要滿足尺寸小，成本低，反應(yīng)快，產(chǎn)品堅(jiān)固的特點(diǎn)。與此同時(shí)，也需要保持準(zhǔn)確和靈活的特性，用以檢測(cè)不同檢定試劑盒中的多種熒光團(tuán)。結(jié)合微流體，微光學(xué)和先進(jìn)反應(yīng)化學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造出更小的便攜式或手持式儀器，以實(shí)現(xiàn)在患者床邊或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速檢測(cè)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的切換式濾光器，多光譜傳感器具有明顯的空間優(yōu)勢(shì)。其緊湊的尺寸可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)波長(zhǎng)帶的光，并能有效降低成本。每個(gè)單獨(dú)的傳感器元件可直接過(guò)濾掉不用的波段，只檢測(cè)特定的波段，也無(wú)需使用帶通和二向色濾波器對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行分離，從而節(jié)省了大量空間。通過(guò)對(duì)傳感器元件組合搭配，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)不同頻帶進(jìn)行分析。PixelSensor^TM將帶通濾波器直接鍍?cè)诿總€(gè)光電二極管的表面，構(gòu)建出效率更高，更堅(jiān)固的傳感器。

傳統(tǒng)的切換式濾光器

PixelSensor^TM 同步光譜采集

PixelSensor^TM的光技術(shù)

大多數(shù)的多波長(zhǎng)傳感器是通過(guò)單個(gè)的光電二極管加濾光片來(lái)構(gòu)建每個(gè)通道的，而PixelSensor^TM采用的是獨(dú)特的表面鍍膜技術(shù)，可減少光學(xué)器件造成的損耗，以及準(zhǔn)直不良造成的誤差，從而提升光學(xué)效率和可靠性。獲得專利的微圖案化濾光器被沉積到光電二極管的表面，然后將其切割并重新組合成二維陣列。選擇特定的光電二極管測(cè)試相應(yīng)的光譜帶。最多可以將8個(gè)檢測(cè)元件（通道）集成在9X9 mm尺寸的LLC封裝芯片中。每個(gè)通道可以定制設(shè)計(jì)，以過(guò)濾特定的VIS-NIR波長(zhǎng)。

PixelSensor? 原理圖

20針LCC封裝版本的pixelsensor專為低噪聲和快速響應(yīng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可以表面貼裝或基座安裝。套裝版的產(chǎn)品，包含電路板、軟件和收光器件，可用于可行性驗(yàn)證和原型設(shè)計(jì)。用戶也索取電路板的設(shè)計(jì)信息，為整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供參考，從而縮短上市時(shí)間。

PixelSensor?拓展包以及附件

PixelSensor? 軟件

減小分子診斷設(shè)備尺寸-手持式PCR將引領(lǐng)潮流

聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）是POCT應(yīng)用中受益于多光譜傳感的一個(gè)主要例子。在聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）中，一個(gè)樣品中感興趣的DNA片段被復(fù)制數(shù)百萬(wàn)次，標(biāo)記物的信號(hào)被大大增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)用少量血液和組織便可進(jìn)行病毒和疾病檢測(cè)。

PCR是一種高度特異、準(zhǔn)確和快速的DNA擴(kuò)增技術(shù)，通常被稱為DNA“復(fù)制”。PCR在1985年被Cetus公司的Kary Mullis發(fā)明，這項(xiàng)發(fā)明也被授予1993年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。PCR的出現(xiàn)對(duì)發(fā)展基因組測(cè)序領(lǐng)域至關(guān)重要。PCR過(guò)程中的每個(gè)熱循環(huán)通過(guò)3個(gè)步驟將DNA的量加倍：靶DNA鏈變性，引物分子退火至變性DNA，并通過(guò)聚合酶反應(yīng)延長(zhǎng)靶鏈。通過(guò)多次重復(fù)，該過(guò)程實(shí)現(xiàn)了靶DNA序列的指數(shù)擴(kuò)張。

20世紀(jì)90年代定時(shí)或定量PCR (qPCR)^v 的出現(xiàn)，通過(guò)在同一儀器中同時(shí)進(jìn)行DNA自動(dòng)檢測(cè)和DNA擴(kuò)增，進(jìn)一步促進(jìn)了分子診斷的發(fā)展。在擴(kuò)增過(guò)程結(jié)束后，qPCR不是進(jìn)行電泳，而是在熱循環(huán)開(kāi)始之前，對(duì)所需DNA序列特異的熒光標(biāo)記進(jìn)行整合。該擴(kuò)增反應(yīng)可被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，熒光信號(hào)與靶DNA的量成正比。靶DNA最初出現(xiàn)的越多，擴(kuò)增越快發(fā)生，這樣使得qPCR不僅可以檢測(cè)到所需DNA序列的存在，而且可以檢測(cè)其在樣品內(nèi)的初始濃度。這在評(píng)估患者體內(nèi)的病毒或微生物負(fù)荷方面是非常有價(jià)值的，使得醫(yī)師可以衡量治療的有效性，提供基本診斷及針對(duì)性的藥物。

PCR擴(kuò)增的DNA

實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）

微流體，測(cè)試化學(xué)和儀器設(shè)計(jì)的共同發(fā)展，使廠家能開(kāi)發(fā)出更小的便攜式的qPCR儀器。這類儀器可用于POCT分子診斷，并將周期時(shí)間從幾小時(shí)大大減少到幾分鐘。隨著工程師們不斷減少儀器的尺寸和簡(jiǎn)化光學(xué)設(shè)計(jì)，他們尋求精度相當(dāng)，但更為緊湊的濾光型光學(xué)系統(tǒng)。他們還需要特異性來(lái)分別檢測(cè)多個(gè)熒光團(tuán)，如在探針和高分子化學(xué)改進(jìn)中出現(xiàn)的多重測(cè)定。 通過(guò)滲入多個(gè)熒光團(tuán)，每個(gè)熒光團(tuán)被標(biāo)記為特定的DNA序列。并且由于其具有自身的關(guān)鍵檢測(cè)波長(zhǎng)，多重測(cè)定可以同時(shí)檢測(cè)和診斷多種傳染病和病原體靶標(biāo)。PixelSensor^TM的高度靈活性，可以通過(guò)組合搭配定制多個(gè)獨(dú)立通道，使光學(xué)工程師能夠以單一、緊湊、經(jīng)濟(jì)的方式滿足當(dāng)前和未來(lái)的性能需求。從基本的2或4色手持系統(tǒng)到更復(fù)雜而緊湊的、多達(dá)8個(gè)通道的臺(tái)式儀器，PixelSensor^TM帶給qPCR光學(xué)檢測(cè)靈活擴(kuò)展的平臺(tái)。

小結(jié)論也會(huì)帶來(lái)大影響

緊湊型和手持式PCR儀器將為醫(yī)生開(kāi)辟一個(gè)全新的世界，復(fù)雜的分子診斷不僅可以在辦公室、家里進(jìn)行，甚至可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)的移動(dòng)診所而非傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。這不僅會(huì)實(shí)現(xiàn)更快的診斷和治療，而且還會(huì)增加分子診斷的使用來(lái)評(píng)估治療效果并改善患者的病情。

隨著這個(gè)新領(lǐng)域的不斷發(fā)展，它需要可靈活擴(kuò)展，體積更小的檢測(cè)核心，為多樣化的檢測(cè)提供準(zhǔn)確的答案。PixelSensor^TM正是這樣一種檢測(cè)器 – 具有多達(dá)8個(gè)可定制的檢測(cè)通道，緊湊堅(jiān)固。產(chǎn)品具有很好的靈活性，從濾光片到通道數(shù)，從封裝類型到電子部件，都可以自行選擇，給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了極大的便利性。