當(dāng)前上海正處于抗新型冠狀病毒肺炎疫情防控的關(guān)鍵階段，在這個沒有硝煙的戰(zhàn)場上，及時快速地篩查新冠感染者并及時進(jìn)行隔離是阻止新冠病毒肆意蔓延的最有效且唯一的手段。核酸檢測是目前篩查新冠感染者最精準(zhǔn)、有效、低成本的技術(shù)方式。

什么是PCR？

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction), 簡稱PCR, 又稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。透過這項技術(shù)，可在短時間內(nèi)大量擴增目的基因，而不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。

PCR擴增的三個基本步驟

（1）變性：模板DNA經(jīng)加熱至94℃左右并保持一定時間后，基于DNA半保留復(fù)制原理，還有堿基互補配對原則，即復(fù)制的過程中雙鏈DNA會解鏈，由雙鏈變成單鏈，為下輪反應(yīng)做準(zhǔn)備；

（2）退火：模板DNA經(jīng)加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結(jié)合；

（3）延伸：溫度再升至72℃左右，在DNA聚合酶的作用下，把游離的dNTP按照堿基互補配對原則結(jié)合到單鏈上，形成一條由舊鏈和新鏈雜合成的新的雙鏈DNA。

PCR擴增原理：變形-退火-延伸溫度循環(huán)

理論上，經(jīng)過上面步驟，目標(biāo)DNA濃度可增加一倍。重復(fù)循環(huán)上述過程，可獲得更多的“半保留復(fù)制鏈”，而形成的新鏈又可成為下次循環(huán)的模板。每完成一個循環(huán)需2～4分鐘， 僅需2～3小時就能將目標(biāo)DNA擴增放大幾百萬倍。

全自動核酸提純及實時熒光PCR分析系統(tǒng)

經(jīng)過以上分析，我們就可以理解為什么核酸檢測結(jié)果最快能在幾個小時內(nèi)出結(jié)果。

實時熒光PCR定量分析

PCR擴增儀溫度控制指標(biāo)主要有：溫度的準(zhǔn)確性、均勻性、以及升降溫速度。

1.溫度的準(zhǔn)確性：是指樣品孔溫度與設(shè)定溫度的一致性，它直接關(guān)系到實驗的成敗。因而對PCR擴增儀而言溫度控制就意味著產(chǎn)品質(zhì)量。

2.溫度的均勻性：是指樣品孔間的溫度差異，它關(guān)系到在不同樣品孔進(jìn)行反應(yīng)結(jié)果的一致性。

3.升降溫速度：更快的升降溫速度，可以有效縮短反應(yīng)時間和可能的非特異性結(jié)合、反應(yīng)的時間，從而提高PCR反應(yīng)特異性。

相較于傳統(tǒng)的相對穩(wěn)定耐用的機械式，新的半導(dǎo)體溫控技術(shù)——TEC溫度控制技術(shù)具有升降溫更快速的優(yōu)勢，已經(jīng)成為PCR擴增儀的首選溫度控制技術(shù)。

半導(dǎo)體制冷器 (Thermo Electric Cooler，簡稱 TEC) 是利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)制成的。如圖下所示，帕爾帖效應(yīng)是指當(dāng)直流電流通過兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時，其一端吸熱，一端放熱的現(xiàn)象。TEC 包括一些 P 型和 N 型對（組），它們通過電極連在一起，并且夾在兩個陶瓷電極之間，當(dāng)有電流從 TEC 流過時，電流產(chǎn)生的熱量會從 TEC 的 一側(cè)傳到另一側(cè)，在 TEC 上產(chǎn)生″熱″側(cè)和″冷″側(cè)，這就是 TEC 的加熱與致冷原理。

帕爾帖效應(yīng)，PN 節(jié)以及熱流動示意圖

PCR擴增儀一般具有兩種溫控模式，即模塊溫控模式（Block-control）和反應(yīng)管溫控模式（tube-control）。管內(nèi)樣品的溫度無法與溫控模塊同時達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，特別是PCR反應(yīng)中的孵育過程一般為30秒或更短，如果采用只有模塊溫控模式的話，反應(yīng)混合物孵育的時間與程序設(shè)定的時間會有相當(dāng)大的差距。為了達(dá)到反應(yīng)管內(nèi)部溫度精確控制，需采用反應(yīng)管控制模模式，通過溫度控制算法進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定和補償，確保反應(yīng)混合物按照程序設(shè)定的時間維持預(yù)設(shè)溫度。

科技戰(zhàn)“疫”，數(shù)明在行動

面對近期香港、深圳、上海等地奧密克戎的快速擴散，核酸檢測能力在數(shù)量和速度方面都面臨著極大的考驗。數(shù)明半導(dǎo)體積極發(fā)揮了科技技術(shù)方面的優(yōu)勢，組織技術(shù)專家研究PCR擴增技術(shù)的優(yōu)化解決方案，以功率器件門極驅(qū)動芯片和TEC控制器為著力點，優(yōu)先保障芯片供應(yīng)和交付，與客戶一起助力抗疫，共克時艱。

數(shù)明半導(dǎo)體自研的20V-600V耐壓全系列的低邊、半橋、三相半橋等功率管門極驅(qū)動芯片（SLM2103S、SLM2136等）可用于驅(qū)動TEC，協(xié)助PCR擴增儀器客戶快速、方便地完成系統(tǒng)設(shè)計，在當(dāng)前半導(dǎo)體供應(yīng)短缺時期，可以滿足客戶設(shè)計方案的快速變更、驗證與量產(chǎn)。

600V耐壓半橋功率器件驅(qū)動芯片 工作示意圖

600V耐壓三相半橋功率器件驅(qū)動芯片 工作示意圖

數(shù)明半導(dǎo)體的單芯片TEC控制器產(chǎn)品——SLM8833/8834/8835 集成了TEC驅(qū)動電路、低溫飄高精度溫度誤差放大器及環(huán)路補償電路、溫度設(shè)定與傳感電路，采用高效的單電感架構(gòu)，實現(xiàn)更緊湊、更高的轉(zhuǎn)換效率及更低的噪聲；其中功率級集成了超低阻抗的MOSFET，損耗更低壽命更久；同時匹配模擬PID與數(shù)字PID兩種溫控模式，以滿足客戶PCR擴增儀的小型化創(chuàng)新設(shè)計需求。

由SLM8834 構(gòu)成的 TEC 系統(tǒng)框圖

模擬PID溫控器模式

數(shù)字PID溫控模式