手制PCR不再是梦想
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时间:2006年01月23日
来源:自然-方法学
研究者利用极其便宜的材料,结合流体动力学的基本原理,成功研制出了一种既便宜又有效的PCR实验装置。
基因扩增仪(PCR)是你实验室里最昂贵的仪器设备,还记得那样的时候么?这种情况以后可能就不会发生了;即使情况不变的话,仍然会有像百战天龙这部电影中的类似情节供你选择:自己动手做一个PCR,使用的材料也就包括橡胶垫、玻璃片以及细线这类简单的东西。目前,一些德国科学家就实现了这样的梦想,表明即使是电影中的惊险情节也能在现实中偶尔演绎一把。
对流,是指由于热交换反应而在一个密闭液体系统中发生的流动现象。早在2002年,两个实验小组就各自独立地构思出对流PCR系统模型,他们的思路就是要利用对流作为PCR反应的实验基础。在这些系统中,溶液中的DNA在加热的区域中就会变性,同时在退火发生的情况下,热的混合物就会流向系统中冷的区域;之后,退火的DNA被替代,通过持续的液体流动,它又回到热的区域中,在重新回到变性温度环境中之前它会产生引物延伸反应的条件。
他第一次研制这种仪器时,使用的是红外激光作为热源。“这简直是我在美国洛克菲勒大学做博士后研究时的一个意外发现,”他说:“我当时想用红外激光加热水......就是为了能在液体中产生急剧的温度变化,在第一次实验中,我们使用了这种激光,发现了快速的对流现象;那个时候,我们实验室的其他人正在使用PCR做实验,于是大家就想到在研究工作中把这种现象也考虑进入。”在概念上验证之后,Braun现在要制造一个更为简单的装置,他在新近发表在应用物理学通讯(APL)上的一篇论文中介绍了自己的研究结果。“此前的疑问是,我们能做出更为简单的东西么?” Braun说:“最后就找到了现在这样的PCR实验方法,它从本质上讲,就是仅仅需要人们把一个加热的电线放入溶液中。”这样的描述,看起来很谦虚,但也很精确:PCR混合物被简单地放入到开放的“井”中,这些“井”是由粘结到一个盖玻片上的硅树脂层的中间出现小洞时形成的;接着这些混合物被连接在一个加热系统上的细铜线加热,同时在顶部涂有矿物油以防止蒸发。循环参数的改变可以通过调整加热系统来完成。Braun的研究小组发现了100基数对模板的快速扩增现象;根据利用激光对流完成的实验,Braun预计在更大的尺度范围内照样可以工作。“你可以进行2000基数对的实验,”他说:“我们为铜线设置了类似的条件,结果并没有发现它出现了什么异样,虽然我们还没有对此进行测试......我们非常乐观,终究会做出来的。”
就这种方法的外推效果而言,Braun对其发明所需要的实验条件的判断相当务实。“我们能演示我们具有和真实的PCR一样的快速运转能力,但与传统技术相比,我们目前还没有优势可言,” Braun说:“因此,这种技术对于一个点护理装置来说将更为有用。”但对于应用这种装置的研究者来说,包括针对发展中国家或农村诊所的情况来说,这种技术有可能变为一种天赐之物,它使得利用PCR诊断变得非常简单,而且出奇的便宜!”
注:夏雨译自2006年1月号的《自然-方法学》,版权为英国NPG出版集团所有。更多信息请访问:http://www.natureasia.com/ch/naturemethods
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