Показана возможность миниатюризации диагностического инструмента

Южнокорейские исследователи из Университета Качхон разработали температурный цикл для потоковой полимеразно-цепной реакции на чипе, используя только один нагревательный элемент.

Полимеразно-цепная реакция (PCR) применяется для создания копии куска ДНК для генетических исследований, анализа болезней и диагностирования. Эта реакция состоит из четырёх основных стадий: инициализации, денатурации, отжига праймеров и удлинения (стадия, на которой ДНК-полимераза синтезирует новую нить, ДНК-комплементарную начальному ДНК-шаблону).

Зависящий от высоты температурный градиент на скошенной грани треугольной призмы прибора, использующего единственный нагреватель у основания (иллюстрация Royal Society of Chemistry / Gachon University).

Потоковая PCR «на чипе» обычно характеризуется коротким временем реакции благодаря быстрому температурному равновесию, обеспечивающему также быстрые температурные переходы. Однако обычно для создания различных температур требуется несколько раздельных нагревательных блоков. Уменьшение числа нагревательных элементов должно помочь сделать всю систему меньше. Это особенно важно, поскольку анализ образцов прямо на месте поможет предотвратить их распад и загрязнение.

Учёные объединили низкую термическую проводимость материала чипа (полидиметилсилоксан) с формой правой треугольной призмы для создания зависящего от высоты температурного градиента, используя единственный нагреватель. Размещение нагревателя под основанием призмы создаёт естественный температурный градиент на скошенной стороне (низ скошенной стороны ближе к нагревателю, а следовательно, горячее, чем верх).

Жидкость, протекающая через микроканалы, меняет температуру по мере своего продвижения снизу вверх и снова вниз, создавая естественный температурный цикл. Исследователи показали, что представляется возможным, используя одиночный безостановочный микроканал, в котором осуществляется быстрая циркуляция вверх и вниз, создать различные температуры, необходимые для стадий денатурации, отжига праймеров и удлинения в процессе PCR.

Правда, чтобы действительно получить небольшую систему, которая пригодится при анализе болезней и диагностики, требуется больше, чем просто микроканалы и нагреватели. Для создания лёгкого и транспортабельного инструмента нужна также миниатюризация всех аксессуаров, таких как помпа и система детектирования. Разработчики надеются, что и эти компоненты удастся вскоре миниатюризовать.

Отчёт о работе представлен в 9-м номере журнала Analyst за 2012 год.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.