数（shù）明小讲堂 | 新冠核酸检（jiǎn）测之PCR技术（shù）
疫情防控
科学防疫 数（shù）明有“芯”
当前上海正处于抗新型冠状（zhuàng）病毒肺炎疫情防控的（de）关键阶段，在这个没有硝烟的战场上，及时快速地筛（shāi）查（chá）新冠感染者并及时进行（háng）隔离是阻（zǔ）止新冠病毒肆意蔓延的最有效且唯（wéi）一的手段。核酸检（jiǎn）测是目前筛查新冠感染者最精（jīng）准、有效、低成本的技术方（fāng）式。
什么是PCR？
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction), 简称PCR, 又（yòu）称多聚酶链式反应，是一项（xiàng）利用DNA双链复制的原理，在生物体外复制特定DNA片段（duàn）的核酸合成（chéng）技术。透（tòu）过（guò）这项技（jì）术，可（kě）在短时（shí）间内大（dà）量扩增目的基因，而（ér）不必依赖大（dà）肠杆（gǎn）菌或酵母菌等生物体。
PCR扩增的三个基本步（bù）骤（zhòu）
（1）变性：模板（bǎn）DNA经加热至94℃左右并保持一定时（shí）间后，基于DNA半保留复制原（yuán）理，还有碱基互补配对原则，即复制（zhì）的过（guò）程中（zhōng）双链DNA会解链，由双链变成单链，为（wéi）下轮反应做准备；
（2）退火：模板DNA经加热变性（xìng）成单链后，温度降（jiàng）至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列（liè）配对（duì）结合；
（3）延伸：温度再升至（zhì）72℃左（zuǒ）右，在（zài）DNA聚合酶的作用下，把游离的dNTP按照碱基（jī）互补（bǔ）配对（duì）原则结（jié）合到单链上，形成一条（tiáo）由旧（jiù）链和新链杂（zá）合（hé）成（chéng）的新的双链（liàn）DNA。
PCR扩（kuò）增原理：变形-退火-延伸（shēn）温度循环
理论上，经过上面（miàn）步骤，目标DNA浓度可增加一倍（bèi）。重复循（xún）环上（shàng）述过程，可获得更多的（de）“半保留复制链”，而形（xíng）成的新链（liàn）又可（kě）成（chéng）为下次循环的模板。每完成一（yī）个循环需2～4分（fèn）钟， 仅（jǐn）需2～3小时就能将（jiāng）目标DNA扩增放（fàng）大几百万倍。
全自动核酸（suān）提纯及实时荧光PCR分析系统
经过以（yǐ）上分析，我们就可以理解为什么核（hé）酸检测结果（guǒ）最快（kuài）能在几个小时内（nèi）出结果（guǒ）。
实时（shí）荧光PCR定量分析
PCR扩增仪温度控制（zhì）指标主要有：温度的准确性、均匀性、以及升降温速度。
1. 温度的准确性：是指样品孔温（wēn）度与设（shè）定温度（dù）的一致（zhì）性，它直接（jiē）关系到实验（yàn）的成败。因而对PCR扩增仪（yí）而言温度控制（zhì）就意味着产品质（zhì）量。
2. 温度的（de）均匀性：是（shì）指样（yàng）品孔间的温（wēn）度差异，它（tā）关系到在不同样品孔进行反应结果的一致（zhì）性。
3. 升降温（wēn）速度：更（gèng）快（kuài）的升降温速（sù）度，可以有效（xiào）缩（suō）短反应时间和可能的非特异性结合、反应的时（shí）间（jiān），从而提（tí）高PCR反应特异性。
相较于传统（tǒng）的相对稳定耐用的机（jī）械式，新的（de）半导体温控（kòng）技术——TEC温度控制技术具有升（shēng）降温更快速的优势，已（yǐ）经成为PCR扩增仪的首选温度控制技（jì）术（shù）。
半导体制冷器 (Thermo Electric Cooler，简称（chēng） TEC) 是利用半导体（tǐ）材料的帕尔贴效应制成的（de）。如图下所示，帕尔帖（tiē）效应（yīng）是指（zhǐ）当直流电流通过两（liǎng）种半导体（tǐ）材料组成的电偶时，其一端（duān）吸（xī）热，一端放（fàng）热的（de）现象。TEC 包括一些（xiē） P 型（xíng）和 N 型对（组），它们通过电极连在一（yī）起，并且夹在两个陶瓷电极之间，当有电流从 TEC 流过（guò）时，电（diàn）流产生的热量会从 TEC 的 一（yī）侧传（chuán）到另一侧，在 TEC 上产生″热″侧和（hé）″冷″侧，这就是 TEC 的加热与致冷原理。
帕尔（ěr）帖效应，PN 节以及热流动（dòng）示意图
PCR扩增仪一般具有（yǒu）两（liǎng）种温控模（mó）式，即模块（kuài）温控（kòng）模式（Block-control）和反应（yīng）管（guǎn）温控（kòng）模式（tube-control）。管内样品（pǐn）的温（wēn）度无法与温控模块同（tóng）时达到（dào）预设温度，特别是PCR反应中的孵（fū）育过程一般为30秒或更短，如果采用只有模块（kuài）温控模式（shì）的话，反应混合（hé）物（wù）孵育（yù）的时间（jiān）与程序设定的时间会（huì）有相（xiàng）当大的差距。为了达（dá）到反应管内部温度精确控制（zhì），需采用反（fǎn）应管控制模（mó）模式，通过温度控制算（suàn）法进行（háng）参数标（biāo）定和补偿，确保反（fǎn）应（yīng）混合物按照程序设定的（de）时间（jiān）维（wéi）持预（yù）设温度（dù）。
科技战“疫”，九游平台和数明在（zài）行动（dòng）
面对近期香港、深圳、上海等地奥密克戎的快速扩散（sàn），核酸检测能（néng）力在（zài）数量和速度方（fāng）面都面临着极大的（de）考（kǎo）验。九游平台和数明半导体积极发挥（huī）了科技（jì）技术方面的优势（shì），组（zǔ）织技术（shù）专家研究（jiū）PCR扩增技术（shù）的优化解决方案，以功率器件（jiàn）门极（jí）驱动（dòng）芯片和TEC控制器为着力（lì）点，优先保障芯（xīn）片供应和（hé）交（jiāo）付，与客（kè）户一起助（zhù）力抗疫，共克时艰。
九游平台和数明半导体自研的20V-600V耐（nài）压全系（xì）列的低边、半桥、三（sān）相半桥（qiáo）等功率管门极（jí）驱（qū）动芯片（SLM2103S、SLM2136等）可（kě）用于驱动TEC，协助（zhù）PCR扩（kuò）增仪器客（kè）户快速、方便地完成系（xì）统（tǒng）设计，在（zài）当前半导体供应短缺时期，可（kě）以（yǐ）满足客户设计（jì）方（fāng）案的快速（sù）变更、验证（zhèng）与（yǔ）量产。
600V耐压（yā）半桥（qiáo）功率器件驱动芯片工作示意图
600V耐压（yā）三相半桥功（gōng）率（lǜ）器（qì）件（jiàn）驱动芯片工（gōng）作示意图
九游平台和数明半（bàn）导体的单芯片TEC控制器产品——SLM8833/8834/8835 集成（chéng）了TEC驱动电路（lù）、低温飘高精（jīng）度温（wēn）度误差放大器及（jí）环路（lù）补偿电路、温（wēn）度设定与传（chuán）感电路，采（cǎi）用高效的单电感架（jià）构，实现（xiàn）更紧（jǐn）凑、更高的转换效率及更低的噪声；其中功率级集（jí）成（chéng）了超（chāo）低阻（zǔ）抗（kàng）的（de）MOSFET，损耗更低寿命更久；同时（shí）匹配模拟PID与数字PID两种温（wēn）控（kòng）模（mó）式，以满足客户PCR扩增仪的小（xiǎo）型化创新（xīn）设（shè）计需求。
由SLM8834 构成（chéng）的 TEC 系统框图
模拟PID温控（kòng）器（qì）模式（shì）
数字PID温控模式
