超快脉冲控制PCR(upPCR)技术及应用

在精准医疗、个性化医疗的大背景下,分子诊断在病原体检测、肿瘤诊断、优生优育、环境保护、食品安全等领域的应用越来越广泛,并逐渐向操作简单、快速准确、低成本、适用于基层及家庭使用的分子即时检测(point-of-care testing,POCT)方向发展。超快脉冲控制PCR (ultra-fast pulse-controlled PCR,upPCR)是实时荧光定量PCR (qPCR)技术的延伸和升级,该技术利用能量脉冲控制扩增反应中的金属加热元件(主要是纳米金),在几百微秒内完成溶液局部微环境的快速升温,实现模板DNA的解链变性,停止加热后反应微环境可被周围溶液快速冷却到聚合酶的延伸温度,实现引物退火和模板DNA的扩增,单个变性-扩增循环仅有1.5~5 s,远快于传统PCR (约90 s/循环),从而能够极大地加快扩增反应速度。upPCR技术在保留了传统qPCR高灵敏度、高特异性和多重检测等优势的基础上,增加了超快速(低于15 min)、设备简单等新优势,非常适合用于基层检测等分子POCT场景。本文主要对upPCR技术的原理、设备、核心原料及在分子诊断中的应用进行综述,并对该技术存在的优缺点,以及未来的技术发展和应用趋势进行了讨论。

当代体外诊断历史变迁与分析展望

本研究通过梳理当代体外诊断(IVD)关键要素的演进历程,从体外诊断的兴起和发展,到分子诊断和精准医疗的崛起,从临床实验室到POCT即时诊断的演变,从基础研发走向产业的全球监管,并对体外诊断前景展望,从而阐明生物医学技术发展与应用的复杂过程和价值。

分子即时检测(POCT)技术及其在新发传染病中的应用

分子即时检测(point-of-care testing,POCT)技术具有灵敏度高、分析速度快、体积小、检测成本低廉等特点,在分子诊断领域受到广泛关注。近年来,分子POCT技术的发展与应用在应对新发、突发传染病,保护人类生命健康方面具有重大意义。介绍近五年来新兴的分子POCT技术,总结新兴分子POCT技术的最新研究进展及应用前景,分析POCT技术的优势与面临的挑战,探讨提高其检测灵敏度和选择性的技术策略。

基于CRISPR的快速灵敏便捷分子检测

快速灵敏检测技术对疾病防控必不可少。特别是新冠疫情暴发以来,人们深刻认识到快速灵敏检测技术的重要性。近年来,以CRISPR/Cas为代表的基因编辑技术带来了生物技术革命性的进步。CRISPR的核酸检测技术因其快速、准确、灵敏、经济等特点,正在引发分子诊断革新,并已被成功应用于传染病、遗传病、肿瘤基因突变诊断,以及食品安全等领域。本文归纳了基于CRISPR的多种核酸检测体系及应用,并对未来CRISPR核酸检测发展趋势及结合人工智能的智能化检测进行了展望。

基因编辑技术在疾病诊断中的应用

对疾病进行准确的检测和诊断是疾病治疗的先决条件。分子诊断由于其灵敏、便捷、能够在较早窗口期开展筛查的特点,已经在疾病诊断中广泛应用。本文基于基因编辑技术在疾病诊断中的应用,一方面阐述了基因编辑技术在诊断中较为常见的工作原理,另一方面针对不同应用场景讨论了基因编辑在疾病诊断中的应用情况,包括大规模实验室检测与家用检测两种模式。通过理性设计和多学科工程化,基于基因编辑的分子检测平台会在疾病诊断领域产生更多突破性的应用和变革。

基于微流控芯片的等温扩增技术

基于聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的核酸扩增技术是分子诊断领域的金标准,然而PCR往往包含多个反应温度,涉及长时间的循环升降温过程,且需要在复杂热循环仪中完成,这些都限制了其在现场即时检测(point-of-care testing,POCT)中的应用。与传统PCR相比,等温扩增依靠恒定反应温度,反应时间短,检测装置简单,能够提供更加方便、快捷的核酸检测。基于微流控技术的等温扩增检测,通过兼顾微流控与等温扩增两者的优势,能够为POCT分子诊断提供更具竞争力的平台。例如,在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情防控中,多种形式的POCT等温扩增检测展示了其独特优势。文中首先归纳总结了典型的等温扩增技术及其检测方法,然后对不同类型的等温扩增微流控系统进行了分类总结与分析(如功能定位、结构组成、流体控制、系统特点等),最后总结了等温扩增微流控系统在新冠病毒(SARS-CoV-2)等不同病原体检测领域中的应用,并对等温扩增与CRISPR基因编辑等其他新型技术的相互结合进行了介绍与展望。