用于快速精准分子诊断的纳米等离子体芯片(NP)PCR技术

分子诊断通过分析人体内的生物标记物,在生物医学检测的各种应用中扮演着重要角色。对于POCT(即时检验),仍需要简单快速的PCR方法,才可以满足 ASSURED 标准(价格适中,高灵敏度,特定,用户反馈好,可靠,无需设备且可交付给最终用户)。

现代台式PCR仪通常需要一个多小时才能实现及时的分子诊断,仍然略为耗时。

最新研究报告了一种快速精密的纳米等离子体芯片PCR技术,使用白色LED进行诊断(图1)。纳米等离子体柱阵列(NPA)在玻璃纳米柱的顶部和侧壁上具有纳米间隙丰富的Au纳米岛,通过在玻璃基板上引起等离子体光热加热,从而有效地增强整个可见光范围内的光吸收。

NPA可以通过控制金纳米岛的超快速能量转换和散热,来快速精确地控制白光LED,从而调节PCR反应过程中PCR溶液的温度(图1a)。换句话说,基于Au纳米岛的热电子,纳米等离子体柱中的吸收光迅速转换为热能。热能从等离子体金纳米岛散发到周围环境中,因此溶液温度在反应过程中迅速升高。在金关闭后,通过金纳米岛的散热也会导致加热的PCR溶液快速冷却。(图1b-c)。

由于极低的成本和相对较低的功耗,与其他光源(例如激光)相比,LED是用于POCT分子诊断的首选光源。此外,NPA的晶圆级制造可实现低成本且一次性的PCR芯片用于POCT诊断(图1d)。

NPA的温度曲线在循环激发过程中,98℃和60℃之间30个循环,共需3分30秒。实验结果也显示λ-DNA的超快速扩增,以及cDNA的快速检测。

新兴的分子诊断需要超快速PCR芯片,用于在即时检验中快速精确地检测各种疾病,包括传染病,肝炎,医院获得性感染(HAI),呼吸道疾病和性传播疾病(STD)。NPA技术的开发预测将有非常广阔的应用前景。

参考文献:

NanoplasmonicOn-Chip PCR for Rapid Precision Molecular Diagnostics[J]. ACS Applied MaterialsAnd Interfaces, 2020, 12(11):12533-12540.

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