NO1

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）

ポリメラーゼ連鎖反応（polymerase chain reaction、PCR）技術は、低濃度のDNAサンプルを化学的に増幅することを実現するプロセスであり、この方法は数時間以内にいくつかのコピーされたテンプレート配列、さらには1つのDNA分子を10増幅することができる7~108倍、操作が簡便で、現在は分子生物学研究の各分野に広く応用されており、その核心はDNAの半保存複製である。

PCR技術は主に3段階に分けられる：

（1）DNA変性。92 ~ 97℃で二本鎖構造のDNAサンプルを加熱し、鎖間の水素結合を破断させ、二本の単鎖の分子に分解した。

（2）やきなまし。急速に温度を55 ~ 65℃に下げ、この時単鎖DNAとプライマーは塩基対合の原則に従って相補的に結合する。

（3）延長。温度を72℃程度に上げてDNAの伸長反応を行う。

各サイクルは変性、アニーリング、伸長を経て、DNA含有量は2倍に増加する。PCR反応において、温度の変化はDNA複製効率に決定的な役割を果たしている：昇温、降温過程が速いほど、反応に要する時間が短い。

NO.2号

分子POCT製品

きっとみんな覚えてるVisby医療試験，このホームセルフチェックカードケースは、号称設備を必要としないPCR試験剤（実際には装置をカセットに入れています）には、次のような利点があります。コンパクトで携帯性があり、操作しやすいなどですが、少し高いです。

、時間03:27

図からは製品の内部構造が見えますが、赤い矢印は今日共有されているテーマを指しています。

ビスビー家庭用セルフチェックカードケースの増幅モジュールは「PCRマイクロフロー制御チップ」、より正確には「連続流PCRマイクロフロー制御チップ「空間と時間の変換」によって、混合試料を駆動して異なる温度領域を通過することによって反応過程を実現する。

“ビスビーホームセルフチェックカードボックスの成功は、マイクロフロー制御技術の使用のおかげである。”

マイクロフローコントロールチップの熱容量は小さく、比表面積は大きく、伝熱効率はマクロPCR装置に比べて非常に高いため、急速な昇温・降温過程を利用して、DNAの急速な増幅を実現することができ、その優位性はサンプル消費量を節約することができるだけでなく、検査の効率と検査の感度を高め、携帯化検査を実現することに有利である。

すべての反応は液体環境下で行う必要があり、温度の正確な制御に関わるため、マイクロスケールの流動問題と熱伝達問題はPCRシステムにおいて特に重要である（三段階PCR反応に加えて、2段階反応も存在し、アニールと延伸を1段階に統合することができ、ビスブ家庭のセルフチェックカードケースは2段階反応です）。

PCRマイクロフロー制御チップは構造によって微室PCR（マイクロチャンバーPCR）和連続流PCR（continuous-PCR）2つの基本モード。両者の違いは、

（1）マイクロチャンバーPCR温度の変化は固定容積内で発生し、温度変化は外部を通じて動的に制御する、

（2）連続流PCRは、異なる温度分布を有する位置を液体が流れることにより、温度の受動的切り替えを実現する。

NO1

マイクロチャンバPCRマイクロフロー制御チップ

長所：容量が小さく、多機能統合が容易です。

欠点：冷却速度の面でチップ自体の熱容量に制約され、同時にマイクロチャンバーPCRマイクロフロー制御チップは構造的に大きな「デッドボリューム」があり、マイクロフロー制御チップの洗浄は困難であり、通常は1回しか使用できず、連続性に適さず複数の試薬の増幅反応を行うことができない。

NO.2号

連続フローPCRマイクロフロー制御コアスライス

長所：連続流PCRマイクロフロー制御チップの利用「空間と時間の変換」方式では、混合試料を異なる温度領域に駆動することにより反応過程を実現した。により連続流PCRマイクロフロー制御チップ主にマイクロチャネルによって反応を実現し、比較的小さい流体の「死体積」があり、適切な媒体緩衝液を用いて間隔と洗浄を行い、異なる試料間の交差汚染を避けることができ、連続流PCRマイクロフロー制御チップに複数の試料の連続注入とバッチ化処理を実現させることができ、そのため「オンライン（on-site）化学増幅器」の機能を有する。

欠点：連続流PCRマイクロフロー制御チップの不足点は、増幅の回数は3つの温度領域を通過する回数に依存し、一旦流路設計案が確定すると、このサイクルはこれ以上変更できないことである。

いくつかの新興技術は、上述の2つのシステムの不足を克服することができ、例えば、研究では、微（び）室PCRマイクロフロー制御チップの液体媒体に金属ナノ粒子を添加し、同形マイクロ波が金属粒子を加熱し、それによって流体媒体全体を加熱し、加熱効率が高く、制御方式が柔軟である特徴がある。

マイクロフローPCR装置の温度制御方法は多様である。Krishnanらは、レイリー・バーナード対流効果を利用したマイクロスケールPCR反応器を設計し、その構造を下図に示す。

レイリー・バーナード対流効果に基づくマイクロスケールPCR反応器

この装置はマイクロ反応器の底部で熱板で97℃に加熱し、頂部は水冷板で61℃を保持し、温度差がマイクロ反応器内で浮力対流を発生するため、特定の条件下で安定したレイリー・バーナード対流を形成することができ、溶液中のDNA分子とその他の反応成分は流れに従って97℃と61℃の温度の間で循環運動し、それによってDNAの2段階PCR増幅を完成する。この装置は、中間反応容器の幾何学的寸法を変更することによって流動パターンを変更することができる。

HuなどはPCR増幅溶液の電気伝導率が高い特性を利用し、異なる強度電場により異なるジュール熱を発生させ、マイクロチャネルにおける温度制御を実現し、それによりDNAのPCR増幅を完成した。

PCR装置変性している、退く火/延長ステップフラッシュ中の温度分布

参考文献：

[1]Guoqing Hu、Qing Xiang、Rachel Fu、Bo Xu、Roberto Venditti、Dongqing Li（2006年）。ジュール加熱効果を使用してマイクロチャネルで電気動学的に制御されたリアルタイムポリマレーズ連鎖反応。Analytica Chimica Acta, 557, 146-151。

[2] Madhavi Krishnan, Victor M. Ugaz, Mark A. Burns。 (2002).Rayleigh-BenardのPCR 対流 セル科学、298、793