Эта тепловая езда на велосипеде с турбинным двигателем, описанная в статье в журнале Light: Наука & Применение, значительно расширяет клинические заявления и применения исследования теста на цепную реакцию полимеразы (PCR), с результатами, прибывающими в минутах вместо часа или больше.Тест PCR, который усиливает единственную копию последовательности ДНК, чтобы произвести тысячи для миллионов копий, стал жизненно важным в приложениях геномики, в пределах от клонирующегося исследования к судебному анализу к тестам отцовства.
PCR используется в раннем диагнозе наследственных и инфекционных заболеваний, и для анализа древних образцов ДНК мумий и мамонтов.Огромное воздействие теста PCR в современной науке было признано в 1993 с Нобелевской премией по химии для ее изобретателей, Кэри Муллиса и Майкла Смита.Используя светодиоды или светодиоды, исследователи УКА Беркли смогли нагреть электроны в интерфейсе тонких пленок золота и раствора ДНК. Они показали результат скорости нагревания решения на уровне приблизительно 55 градусов по Фаренгейту в секунду.
Темп охлаждения был одинаково впечатляющим, войдя приблизительно в 43,9 градусах в секунду.«PCR силен, и он широко используется во многих областях, но существующие системы PCR относительно медленные», сказал ведущий автор исследования Люк Ли, преподаватель биоинженерии. «Это обычно делается в лаборатории, потому что обычный нагреватель, используемый для этого теста, требует большого количества власти и дорогой.
Поскольку требуется час или дольше закончить каждый тест, это не практично для использования для диагностики пункта ухода. Наша система может произвести результаты в течение минут».Замедление в обычных тестах PCR происходит со времени, которое требуется, чтобы нагреть и охладить раствор ДНК. Тест PCR требует, чтобы повторенные изменения температуры – в среднем 30 тепловых циклов при трех различных температурах – усилили генетическую последовательность, процесс, который включает разбивание двухспиральной ДНК и закрепление единственного берега с соответствующей краткой информацией.
С каждым охлаждающим нагревание циклом удвоена сумма образца ДНК.Чтобы набрать темп этой тепловой езды на велосипеде, Ли и его команда исследователей использовали в своих интересах plasmonics или взаимодействие между легкими и свободными электронами на поверхности металла.
Когда выставлено, чтобы осветить, свободные электроны входят в азарт и начинают колебаться, вырабатывая тепло. Как только свет выключен, колебания и нагревающаяся остановка.Золото, это складывается, является популярным металлом для этого плазмонного фототеплового нагревания, потому что это настолько эффективно на абсорбирующем светофоре.
Это обладает дополнительным преимуществом того, чтобы быть инертным к биологическим системам, таким образом, это может использоваться в биомедицинском применении.Для их экспериментов исследователи использовали тонкие пленки золота, которые были 120 миллимикронов толщиной, или о ширине вируса бешенства. Золото было депонировано на пластмассовый чип с микрожидкими скважинами, чтобы держать смесь PCR образцом ДНК.
Источник света был множеством стандартных светодиодов, помещенных ниже скважин PCR. Пиковая длина волны синего светодиода составляла 450 миллимикронов, настроенных, чтобы получить самое эффективное преобразование света к теплу.Исследователи смогли ездить на велосипеде от 131 градуса до 203 градусов по Фаренгейту 30 раз меньше чем через пять минут.Они проверили способность фотонной системы PCR усилить образец ДНК и нашли, что результаты соответствовали хорошо обычным тестам PCR.
«Эта фотонная система PCR быстрая, чувствительная и недорогая», сказал Ли, который является также соруководителем Центра Датчика и Привода головок Беркли. «Это может быть интегрировано в сверхбыстрый геномный диагностический чип, который мы разрабатываем для практического применения в области. Поскольку эта технология приводит к результатам пункта ухода, мы можем использовать это в широком спектре параметров настройки от сельской Африки до ER больницы».