聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）在核酸擴增檢測中至關(guān)重要，廣泛應(yīng)用于傳染病檢測、腫瘤篩查和食品安全檢測等許多應(yīng)用；然而，大多數(shù)PCR設(shè)備的加熱和冷卻速率效率低下，這大大限制了它們在醫(yī)院急診、機場和海關(guān)等特殊情況下的應(yīng)用。科研人員提出了一種溫度控制策略即微流控PCR熱循環(huán)儀，通過在多個溫度區(qū)之間切換微流控芯片并過度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液溫度的斜坡率。結(jié)果表明，溶液溫度的上升速率在一定范圍內(nèi)是溫差的線性函數(shù)，溫差越大，上升速率越快。核酸檢測（NAT）因其高靈敏度和良好的特異性而成為病原微生物檢測的金標(biāo)準；它被用于許多應(yīng)用，如傳染病檢測、腫瘤篩查、法醫(yī)鑒定、基因組計劃、食品安全檢測和環(huán)境監(jiān)測。例如，識別新冠肺炎感染的主要標(biāo)準是NAT的結(jié)果。核酸擴增（NAA）是NAT中的一個重要步驟，能夠在一段時間內(nèi)大規(guī)模擴增核酸分子。聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）是臨床實踐中最常用的NAA技術(shù)，通常包括預(yù)變性、變性、退火和延伸階段；PCR儀器（也稱為熱循環(huán)儀）為這一過程提供了適當(dāng)?shù)臏囟葪l件。許多研究人員對快速熱循環(huán)儀進行了更深入的研究，能夠用低熱容量反應(yīng)器和微流體實現(xiàn)更快溫度變化的小型化PCR儀器越來越受歡迎。

目前熱循環(huán)儀的實施可分為三種主要類型：熱對流、固定微室和流道類型。熱對流型用于NAA，通過在反應(yīng)器中的不同區(qū)域之間誘導(dǎo)溶液熱對流，這可以允許更快的溫度變化，但溶液不能保持穩(wěn)定和長期的恒溫，因此擴增效率值得懷疑。固定微室型是將溶液固定在一個微小的腔室中，并由加熱器加熱和冷卻。固定式微室型的檢測靈敏度可以得到有效保證，但傳統(tǒng)的基于珀爾帖的加熱方法無法實現(xiàn)快速PCR，因為溫度變化需要很長時間，并且在臨床應(yīng)用中可能具有有限的潛力。

因此，深入分析影響升溫速率的因素，開發(fā)具有臨床應(yīng)用潛力的超快熱循環(huán)儀具有重要價值。本研究提出了一種溫度控制策略，通過在多個溫度區(qū)之間切換反應(yīng)器并過度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液的升溫速率；因此，科研人員設(shè)計了一種超快熱循環(huán)儀，其中包含溶液的微流控芯片在三個具有特殊設(shè)置的恒溫區(qū)之間循環(huán)，結(jié)合了固定微室和流道類型熱循環(huán)儀的優(yōu)點，為PCR提供了超快、準確和穩(wěn)定的溫度條件。首先，我們基于傳熱理論對影響溶液升溫速率的關(guān)鍵因素進行了建模和分析，并基于相關(guān)計算數(shù)據(jù)設(shè)計和構(gòu)建了一個測試平臺；其次，科研人員使用溫度超調(diào)策略探索了斜坡率的變化；最后，科研人員對熱循環(huán)儀進行了熱循環(huán)性能測試，并對真實生物樣本（人巨細胞病毒，HCMV）進行了PCR檢測。

在這項研究中，科研人員提出了一種溫度控制策略，通過在多個溫度區(qū)之間切換微流控芯片并過度增加溫度區(qū)和溶液之間的溫差，顯著提高溶液的升溫速率；因此，科研人員設(shè)計了一種超快熱循環(huán)儀。實驗結(jié)果表明，溶液溫度的斜率在一定范圍內(nèi)是溫差的線性函數(shù)，溫差越大，斜率越快。

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