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近日，澳门大学的贾艳伟教授团队在权威期刊《Biosensors & Bioelectronics》上发表了一篇题为“Sub-5-Minute Ultrafast PCR using Digital Microfluidics”的文章，介绍了一种基于介电润湿数字微流控平台的超快速PCR技术。该研究采用了多种创新策略，包括双层加热、多孔超疏水膜、隔温槽以及可溶性化学温度传感器等，实现了液滴内准确的热调节。这确保了在介电润湿数字微流控平台上进行PCR的效率和稳定性，而且检测灵敏度与传统PCR相当，仅需3.7-5分钟。

为了减小传感器与液滴实际温度之间的偏差，研究团队采用了温度敏感化学染料（磺酰罗丹明B，Sulforhodamine B，SRB）的水性温度传感器，对液滴内温度进行准确的校准和调控。这一创新使得芯片上EWOD PCR的效率大大提高。由于传统的单面加热器加热方案(MHS)会产生液滴内垂直温度差，影响PCR的效率，研究团队采用了顶部和底部双层加热方案（PHS），以减少热损失、提高温度均匀性。这一改进有助于进一步提高PCR的效率和稳定性。

电场介电击穿是影响电场介电喷射微流体PCR稳定性的关键因素之一。研究团队选用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为电场介电层，由于PDMS对不均匀热应力的高耐受性，它能有效保护电极在高温条件下不被击穿。在微流控PCR中，气泡的产生是一个常见问题，它会导致液滴温度不均匀，并可能中断PCR的热循环。为了解决这一问题，研究采用了多孔膨体PTFE（ePTFE）覆盖在半固化的PDMS上作为疏水层。这种微米级孔隙的ePTFE具有可膨化特性，在热膨胀时不易发生表面破裂，从而抑制了因表面疏水层损伤而产生的气泡。

研究还采用了移动电极联锁排列技术，这一技术能够降低移动电极对液滴大小的限制，使得体积大于0.2 µL的液滴能在30℃以上的温度差下连续移动，且不受热毛细管效应的影响。

为了实现快速热循环的PCR，研究在顶部加热器周围设置了隔热槽，以扩大变性和退火/延伸两个区域之间的温度差。基于上述技术，液滴在新的集成电场介电喷射数字微流控系统上能稳定地经历冷热温度区间的变化。这一系统在3.7分钟内实现了40个循环的超快PCR，比传统的PCR方法快了10-17倍。

为了减少芯片上PCR的非特异性扩增，研究团队在PCR配方中加入了可逆热启动试剂（ThermaStop, TS）。这种试剂能够防止在低温下产生非特异性产物，并确保聚合酶在一定温度以上完全恢复其活性。考虑到芯片上PCR反应体积较小，研究团队还优化了聚合酶的浓度、芯片的基础温度以及液滴在变性区和退火/延伸区停留的时间，以提高整体效率。通过连续梯度稀释实验，证实了超快速PCR数字微流控芯片的灵敏度与传统PCR相当，其扩增效率高达95.31%。

该数字微流控平台采用微米级多孔ePTFE膜作为疏水层，以PDMS作为介电层。这种组合能有效抑制气泡的形成和介电击穿，显著增强了EWOD芯片的耐用性。体积为0.6μL的超快EWOD PCR在短短3.7至5.0分钟内成功完成40个热循环。这一创新为NAAT在感染性病原体检测、耐药性分子筛选、法医学等领域以及其他基于PCR的实际应用提供了强大的支持。