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恒温荧光PCR检测仪如何实现无需热循环的快速扩增

2025-08-15

恒温荧光PCR检测仪之所以能实现无需热循环的快速扩增,核心在于其采用的恒温扩增技术突破了传统PCR对温度循环的依赖,通过特定的酶系统、引物设计和反应机制,在单一温度下即可完成核酸的连续复制,其底层逻辑可从三个关键维度解析:

一、酶系统的功能替代:无需高温变性的双链解旋

传统PCR依赖95℃高温使DNA双链解旋(变性),而恒温扩增通过酶的催化作用实现双链分离,无需温度波动。不同恒温技术采用的酶系统各有侧重,但均以 “酶促解旋” 替代 “热变性”:

例如LAMP(环介导等温扩增)技术中,使用具有链置换活性的DNA聚合酶(如Bst DNA聚合酶),当引物结合到模板链的特定区域后,聚合酶在合成新链的同时,可将模板原有的互补链 “置换” 出来,使游离的单链成为新的扩增模板,整个过程无需高温即可实现双链解旋。

RPA(重组酶聚合酶扩增)则依赖重组酶与引物结合形成复合物,该复合物可在常温下扫描双链DNA,当遇到互补序列时,重组酶会解开双链并引导引物结合,随后由DNA聚合酶启动链延伸,全程无需高温辅助。

二、引物设计的靶向性:驱动循环扩增的“分子引擎”

恒温扩增的引物设计远比传统PCR复杂,其核心是通过多组引物的协同作用,构建自循环的扩增体系,使反应在恒温下持续进行:

LAMP技术通常设计4-6条引物,分别靶向目标DNA6-8个特异性区域,包括内引物(FIP/BIP)、外引物(F3/B3)及可选的环引物(LF/LB)。内引物包含与模板互补的两个区域,结合后可启动链合成,而外引物结合到更外侧的区域,通过链置换作用释放内引物延伸产生的单链,这些单链又可折叠形成茎环结构,成为新的模板,引导下一轮引物结合与链延伸,形成“循环扩增”的正反馈,使产物呈指数级增长。

这种多引物的精准靶向设计,确保了扩增的特异性,同时通过模板的循环利用,避免了传统PCR中“变性-退火-延伸”循环对时间的消耗,实现快速扩增(通常20-60分钟即可完成)。

三、反应体系的动态平衡:维持恒温下的高效扩增环境

恒温扩增体系通过优化缓冲液成分、离子浓度及酶活性,在单一温度下构建稳定的反应微环境,保障扩增的持续性:

缓冲液中通常含有特定浓度的Mg2?、dNTPs及渗透压调节剂,为酶的活性(如Bst聚合酶的链置换能力、重组酶的DNA结合能力)提供适宜条件;

反应温度(通常60-65℃)的选择需兼顾酶活性与引物结合效率:该温度既能保证聚合酶的高效催化,又能使引物与模板在无需低温退火的情况下稳定结合(通过引物与模板的高互补性及酶的辅助作用),形成“引物结合-链合成-链置换-新模板生成”的连续循环。

恒温荧光PCR检测仪通过酶促解旋替代热变性、多引物设计驱动自循环扩增、优化反应体系维持恒温效率,三者协同使核酸扩增摆脱了温度循环的限制,实现了快速、高效的恒温反应,这也是其能在现场快速检测(如即时诊断、食品安全筛查)中广泛应用的核心原因。

本文来源于深圳市芬析仪器制造有限公司http://www.csy68.com/

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