非接触式温度传感加速DNA分析

文章作者:Joris Roels

精确灵活的红外热传感器是研究应对COVID-19和其他传染性和遗传疾病的重要盟友。

精确的温度测量在实验室应用中是需要的,例如用于识别生物样品中的细菌和病毒的聚合酶链反应(PCR)分析。虽然最近在新型冠状病毒感染症(COVID-19病毒)防控斗争中备受关注,但在克服各种严重感染和遗传疾病的项目中,PCR分析发挥着关键作用。

PCR反应放大微小样本中的DNA,帮助研究人员详细研究病原体。在这里,控制反应发生的温度至关重要。然而,使用传统的温度计测量温度,依靠与样品接触面临几个挑战。

首先,该设备必须允许新样品快速设置,以最大限度地利用,这不是很适合直接接触的方法,并防止准确的测量。其次,直接接触可能会导致标本之间的交叉污染。另外,温度传感器需要精确校准。

图1实验室环境的温度传感器要求高度精确的测量。来源:Melexis

PCR分析中的温度控制

PCR分析包括三个过程,首先是称为变性的高温步骤。这是在94-98°C之间进行的,将DNA双螺旋结构切割成两个单链DNA模板分子。在下一步退火过程中,DNA引物分子被迫选择性地结合到两个DNA模板上。这里的温度必须精确控制,以确保引物正确连接。最后一个阶段称为延伸,通常在72°C下完成。在这里,核苷酸——DNA/ rna的构建块——与模板和引物反应,生成双链分子。

这三个步骤一起将一个DNA分子转化为两个这样的双链分子(图2).重复这个循环,每次将分子的数量翻倍,很快就会产生大量的分子——比如,40个循环之后,就会有2^40 = 1.099.511.627.776个分子——从而方便了其他方法的进一步检测。

图2PCR可以快速扩增病毒和细菌的DNA,从而方便医学诊断。来源:Melexis

非接触式温度传感

热循环器是该装置的关键组成部分,用于促进温度敏感的生化反应。每个循环器包含一个或多个热块,具有孔洞,其中的管持有的反应物可以插入。热循环器将管道暴露在一个预先确定的温度程序中,旨在实现快速和准确的温度扫描。有些模型允许在热块上控制温度梯度,使不同的样品暴露在不同的温度下。这个特性主要用于研究阶段,以优化温度循环的某些关键步骤。

紧密的控制回路依赖于精确的传感器输入。当样品频繁更换时,制造商很难通过直接接触的方法可靠地测量管材。在这里,红外传感器提供了一个显著的优势,使非接触式温度测量。此外,通过避免直接接触,标本之间的交叉污染风险大大降低。

为了帮助实验室设备制造商克服这些挑战,Melexis公司开发了诸如通孔之类的远红外传感器MLX90614和表面装配MLX90632.传感器经过工厂校准,设计用于在嘈杂和热动态环境中保持高精度。

工厂校准的传感器,如MLX90614,可以轻松实现进入热循环器。该传感器提供即插即用的方便,使用户能够立即开始工作,而无需经过校准过程。MLX90614提供各种视野(FoV)选项,包括90°,35°,12°,10°和5°。缩小视场允许更大的传感器和样品之间的最大距离。

随着设备变得更便携和更易于在各种场景中使用的趋势,表面安装的MLX90632传感器大大降低了形状因素,可以节省尺寸和重量(图3).封装为一个3mm x 3mm x 1mm QFN设备,传感器响应温度变化,同时保持准确性和稳定性。这种传感器的小型化也有助于集成到传感矩阵中,从而实现多点温度控制。

图3MLX90632温度传感器特别适用于热动态环境和可用空间有限的情况。来源:Melexis

MLX90632、MLX90614等红外传感器不仅提高了热循环器的速度和准确性,在抗击新冠肺炎疫情的同时,还在众多医学领域提高PCR检测的准确性和生产率方面发挥着至关重要的作用。例如,MLX90632的小尺寸提高了在接近护理点时可负担得起的便携式PCR分析的前景。

值得注意的是,这两种传感器都有医疗级版本,可在35-42°C的人体温度范围内,在±0.2°C内显示更高的精度。这非常适合用于大规模筛选系统,狭窄的视野可以扩大检测距离和个人温度监控器,如可穿戴设备和补丁,需要传感器高度小型化、响应灵敏、稳定和可重复。

严格的温度控制

最近的事件强调了准确和快速诊断的必要性。小型红外传感器在使实验室设备满足生物样品快速分析的需要方面起着至关重要的作用。

最新的红外温度传感器将体积小和抗热干扰能力相结合,克服了非接触传感的关键技术挑战。这些进步带来了许多好处,包括更高的准确性,增强易用性,以及严格的温度控制生化过程,如PCR分析,提供了快速和可靠的诊断能力。

这篇文章最初发表于地球上模拟

尤里斯Roels是Melexis温度传感器的市场经理。

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