基因（遺傳因子）是產生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列。基因支持著生命的基本構造和性能。儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。PCR技術是基因研究的重要手段之一，但傳統PCR技術存在反應時間長、能量消耗大、不便于集成與攜帶等缺陷，微流控技術與PCR結合可以有效縮小反應體系，提高反應效率，且易于集成化與微型化。

本文采用【圖解】的方式，講解微流控PCR芯片的分類，原理以及應用。幫助大家了解認識微流控PCR芯片技術，并在各自研究領域應用微流控PCR技術。

什么是PCR

聚合酶鏈式反應（英文：Polymerase chain reaction，縮寫：PCR），是一種分子生物學技術，用于擴增特定的DNA片段，這種方法可在生物體外進行，不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。PCR過程包括3個步驟: 變性、退火、延伸，需要在高低中3個不同的溫度(高溫變性:90℃～95℃，低溫退火:55℃～60℃;中溫延伸:70℃～72℃)下進行。

微流控PCR芯片

Kopp設計的世界上第一款微流控PCR裝置

微流控PCR芯片，是基于微流控技術的PCR反應裝置。微流控裝置體積小巧，樣本需求小，成本低，利于現場實時檢測；并且具有小的熱質，低的熱慣性和快速的熱傳遞，以及巨大的比表面積，可以顯著提高擴增速度。同時，具有高度集成性，全封閉性，可以減少手工操作，有效避免樣本污染。

微流控PCR芯片分類

空間型：流體在微通道運動，溫度區域固定

時間型：流體在微通道不動，通道內溫度變化

LAMP芯片: 恒溫擴增，擴增過程無需溫度變化

數字PCR：核酸分子絕對定量技術。將樣品稀釋到單分子水平，并平均分配到幾十至幾萬個單元中進行反應，在擴增結束后對每個反應單元的熒光信號進行采集，最后通過直接計數或泊松分布公式計算得到樣品的原始濃度或含量。

微流控PCR空間型-蛇形式

采用三塊銅片作為加熱器的蛇形微流控PCR芯片

微流控PCR空間型-輻射式

一種由太陽能驅動的便攜式PCR裝置，采用輻射式圓盤作為PCR芯片，圓盤的徑向三個區域溫度不同。擴增數據無線傳輸到平板電腦進行分析。

微流控PCR空間型-螺旋式

Park 等將一條長3.5m的彈性石英管在有3個溫區的圓柱加熱器上螺旋式纏繞33周，實現了PCR擴增。其中a為變性區，b為退火區，c為延伸區，d為絕熱區。

微流控PCR空間型-振蕩式

微流體通道內的振蕩液滴示意圖。樣品液滴在三個不同的加熱器之間振蕩移動，用于變性（a），退火（b）和延伸（c），第二個PCR循環（d-f）

微流控PCR空間型-閉環式

Sun 團隊將多個閉環通道合并在一塊芯片內，利用中心的磁鐵同時對四重閉環內的磁性流體進行操縱，磁性流體繼而推動反應液在環內流動，循環通過 3 個溫區。

微流控PCR時間型-集成式

Manage等制作的集成式微流控PCR芯片，可以對全血樣本檢測處理。與PCR腔室相鄰的是微流控閥，可以泵送流體。擴增完成后，該裝置可以使用毛細管電泳分離PCR產物。

微流控PCR時間型-離心式

左圖為存儲試劑的微流控盤片（GeneSlice）和右圖兼容轉子架（Rotor），可以容納四個微流控盤片運行。GeneSlice包括樣品預擴增室，用于轉移預擴增產物的毛細管虹吸閥，用于樣品等分結構室，等分結構將多余的液體引導到廢物室，用于壓力均衡的通氣孔膜覆蓋。所有需要的試劑都以凍干或風干形式預先儲存。

微流控LAMP芯片

Fang等采用PDMS和玻璃制成的微流控LAMP芯片，用于多種基因分析。該芯片由10個微腔體，以及相互連接的微通道構成。

微流控數字PCR芯片

Song等設計的具有蛇形通道的數字PCR芯片，該芯片包括反應室和分支通道。a，第一步樣品（紅色染料）流過真空的PDMS裝置；b，反應室充滿樣品；c，試用油流過微通道；d，將樣品分成單個體積。形成的獨立的腔室，經過擴增后，通過數字處理方式，對擴增結果進行分析。

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