等離子PCR | 現(xiàn)有PCR | |
時間 | < 6 分鐘(當(dāng)前) | > 30 分鐘 |
標(biāo)簽 | 無標(biāo)簽實時監(jiān)測擴(kuò)增子,對 10 個 DNA 拷貝敏感 | 需要標(biāo)簽 |
樣品制備 | 自動化、免提、無化學(xué)品 | 需要大量的樣品制備 |
護(hù)理點 | 電池,便攜式 | 功耗大,不便攜 |
安全 | 固有 | 不怎么安全 |
兼容性 | 兼容 PCR、RT-PCR 和 LAMP 格式 | 標(biāo)準(zhǔn)兼容 |
渠道 | 最多 8 個通道。顯示四通道系統(tǒng) |
設(shè)備描述
1. 幾秒鐘內(nèi)的溫度循環(huán)
我們的技術(shù)是通過在 PCR 反應(yīng)混合物中使用金納米顆粒來實現(xiàn)的。具體來說,Nanopartz 的金納米棒 (GNR) 在暴露于激光時會在飛秒內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱量。通過操縱低功率 808nm 激光器打開和關(guān)閉(循環(huán)/秒),加熱是瞬時且極其精確的。 GNR 具有出色的光吸收特性 (>90%),并且將吸收的光轉(zhuǎn)化為熱量的效率為 100%,達(dá)到 20°C/秒的速率。通過非接觸式紅外測溫法進(jìn)行溫度監(jiān)測(高達(dá) 50 次測量/秒)。由于管子是全自由的,沒有埋入塊中,因此通過對流完成冷卻??梢詫崿F(xiàn)簡單、高效且極其快速的熱循環(huán),從而獲得高度特異性的 PCR 產(chǎn)物(圖 1A)。它還與所有現(xiàn)有的 PCR 方案全兼容,具有非常方便的 10-25 µl 反應(yīng)體積,并且具有在任何規(guī)模上運行的潛力(使用微束激光器,小規(guī)模是可行的)。由于我們的等離子 PCR 的能源需求大大減少,因此可以制造 POC 自供電便攜式版本。
圖 1. 等離子 PCR。 A. 顯示 30 循環(huán)等離子體 PCR 實驗的溫度監(jiān)測示例。等離子體系統(tǒng)在較長的延長時間內(nèi)保持溫度的穩(wěn)定性,請參見放大的突出顯示框。 B. VCSEL 系統(tǒng)示意圖,帶有 UV-LED 和光電探測器放置。
我們還優(yōu)化了 PCR 的參數(shù)。 PCR 階段僅保持 1-2 秒(延伸和變性)。對于退火步驟,目前 4 秒效果好,并且比傳統(tǒng) PCR 產(chǎn)生高度特異性的擴(kuò)增子(圖 1A)。這些時間足以產(chǎn)生可靠的最大 >200bp PCR 產(chǎn)物。利用我們目前的等離子 PCR,我們可以在 10 分鐘內(nèi)完成 30 個循環(huán)的 PCR。等離子 PCR 實現(xiàn)了出色的 PCR 效率以及出色的產(chǎn)量和靈敏度。
2.無標(biāo)簽 實時擴(kuò)增子量化
我們的等離子 PCR 技術(shù)包括實時監(jiān)控擴(kuò)增子的產(chǎn)生。為了與全光學(xué)方法保持一致,我們采用了一種創(chuàng)新方法,不需要熒光標(biāo)記(即無標(biāo)記)。這是通過評估 PCR 循環(huán)期間的紫外線吸收特性來實現(xiàn)的。最近,我們對 Plasmonic PCR 進(jìn)行了改造,使其能夠監(jiān)測實時熒光 PCR,其 Ct 值與傳統(tǒng) qPCR 平臺沒有區(qū)別。這些創(chuàng)新顯著擴(kuò)大了等離子 PCR 的范圍,實時完成和解釋 PCR。
圖 2. DNA 擴(kuò)增的 UV 監(jiān)測。 A. 沙眼衣原體 DNA 不同拷貝數(shù)(從 10,000 到 10)的 UV 監(jiān)測繪制結(jié)果。UV 監(jiān)測可以自信地測量低至 1,000 個拷貝的確定性。 B.相應(yīng)實驗的凝膠電泳,顯示10,000個拷貝的DNA擴(kuò)增子的強(qiáng)度。盡管我們的紫外線監(jiān)測檢測靈敏度提高了 10 倍,但這表示不到 1 CFU。 C. UV 監(jiān)測還可以提供熔解曲線分析,如面板所示。
擴(kuò)增子生產(chǎn)的紫外實時監(jiān)控。鑒于我們使用全光學(xué)方法進(jìn)行 PCR,我們繼續(xù)投資于實時光學(xué)評估擴(kuò)增子的產(chǎn)生。我們現(xiàn)在已經(jīng)使用無紫外線標(biāo)記方法成功地整合了擴(kuò)增子生產(chǎn)的實時監(jiān)控。我們的等離激元 PCR 的靈敏度為 10 個 DNA 拷貝分子,與其他診斷平臺保持一致。我們的等離子 PCR 或 RT-PCR 現(xiàn)在具有包容性,可以實時完成和解釋 PCR,無需添加任何類型的標(biāo)簽(即無標(biāo)簽)。
3. 手工和無化學(xué)品樣品制備
樣品制備和滅菌。金納米顆??梢詫Ψ磻?yīng)混合物產(chǎn)生顯著的大量加熱,從而隨后裂解細(xì)菌和梭狀芽胞桿菌孢子,事實上我們已經(jīng)證明了這一點。這對于衛(wèi)生工作者的暴露風(fēng)險極其重要。
4. 多渠道
5.與現(xiàn)有 PCR、RT-PCR、qPCR 集成
6. Point of Care
7.試劑
Nanopartz 的金納米棒 (GNR)。通常,只需將 GNR 添加到 PCR 混合物中,無需其他準(zhǔn)備工作。最近,我們開發(fā)了室溫穩(wěn)定的凍干 GNR,很容易重新懸浮在水中。這是非常關(guān)鍵的,因為人們可以考慮等離子體 PCR 裝置,而無需擔(dān)心與制冷要求相關(guān)的問題;由于 PCR 混合物的所有成分都可以凍干,因此 POC 實施現(xiàn)在更加容易。
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