开云和数明小讲堂（táng） | 新冠（guàn）核酸（suān）检测（cè）之（zhī）PCR技（jì）术
疫情防控
科学防疫 开云和数明有“芯（xīn）”
当前上（shàng）海正（zhèng）处于抗新（xīn）型冠（guàn）状病（bìng）毒肺炎疫情防（fáng）控的关（guān）键阶（jiē）段（duàn），在这个没有硝烟的战场上（shàng），及时快速地筛查新冠（guàn）感染者（zhě）并及时（shí）进（jìn）行隔离是阻（zǔ）止新冠（guàn）病毒肆意（yì）蔓（màn）延的最有效且唯一的手段。核（hé）酸（suān）检测是目前（qián）筛查新冠（guàn）感染者最精准、有效、低成（chéng）本的技术方式（shì）。
什么是PCR？
聚合酶（méi）链式反（fǎn）应(Polymerase Chain Reaction), 简称PCR, 又称（chēng）多（duō）聚酶链式反应，是（shì）一项利用DNA双链复制的原（yuán）理，在生物体外（wài）复制特定DNA片（piàn）段的（de）核（hé）酸合成技术（shù）。透过这项技术，可（kě）在短时间内大量扩增目的基因，而不必（bì）依赖大（dà）肠杆菌或（huò）酵（jiào）母菌等生物体。
PCR扩增的三个基本步骤
（1）变性：模板DNA经加热至94℃左右并（bìng）保持（chí）一定（dìng）时间（jiān）后（hòu），基（jī）于DNA半保（bǎo）留复（fù）制原理（lǐ），还有碱基互补配（pèi）对原（yuán）则，即复制的过程（chéng）中双链DNA会解链（liàn），由（yóu）双（shuāng）链变（biàn）成（chéng）单链（liàn），为下（xià）轮反应做准备；
（2）退火（huǒ）：模（mó）板DNA经加热变性成单（dān）链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结（jié）合；
（3）延（yán）伸：温（wēn）度再（zài）升至72℃左右（yòu），在（zài）DNA聚合酶（méi）的作用下，把游（yóu）离（lí）的dNTP按照碱基互补配对原则结合到单链（liàn）上，形成（chéng）一（yī）条由（yóu）旧（jiù）链和新链杂（zá）合成的新的双链（liàn）DNA。
PCR扩增原理：变形-退火-延伸温度循环
理（lǐ）论上，经过上面（miàn）步骤，目标DNA浓（nóng）度可增加（jiā）一倍。重复循环上述过程，可获得（dé）更多的“半保留复制（zhì）链”，而形成的新链又可成为（wéi）下次循环的模板（bǎn）。每完成一个循环需2～4分（fèn）钟（zhōng）， 仅需2～3小时就能将目标DNA扩增放（fàng）大几百（bǎi）万倍。
全自动（dòng）核酸提（tí）纯及实时荧光（guāng）PCR分析系统
经过以上分析，我们就可以理（lǐ）解为什么核酸检测结（jié）果最快能在几个小（xiǎo）时（shí）内出结果。
实时（shí）荧光PCR定量分析
PCR扩（kuò）增仪温度控制指标主要（yào）有：温度的准（zhǔn）确性、均匀性、以（yǐ）及升降温速（sù）度。
1. 温度的（de）准（zhǔn）确性：是指样（yàng）品孔（kǒng）温度与设定温（wēn）度（dù）的（de）一致（zhì）性，它直接关系到实验的成败。因（yīn）而（ér）对PCR扩增仪而言温（wēn）度控制就意味着产（chǎn）品质量。
2. 温度的均匀性：是指样（yàng）品孔间（jiān）的温度差异（yì），它关系到在不同样品孔进（jìn）行反应结果的一致性（xìng）。
3. 升降温（wēn）速度：更快的升（shēng）降（jiàng）温速（sù）度，可以（yǐ）有效缩短反应时间和可能的非特异性结（jié）合、反应的时间，从而（ér）提高PCR反应特（tè）异（yì）性。
相（xiàng）较于传统的相（xiàng）对稳定耐用（yòng）的机械式（shì），新的半导体温控技术——TEC温度控制技术具有（yǒu）升（shēng）降温更快（kuài）速的优势，已经（jīng）成为PCR扩增（zēng）仪的首选温度控制技术。
半导（dǎo）体制（zhì）冷器（qì） (Thermo Electric Cooler，简称 TEC) 是利用半导体材料的帕尔（ěr）贴效应制成的。如（rú）图下所示，帕（pà）尔帖（tiē）效（xiào）应是指当直流电流通过两（liǎng）种半（bàn）导体材料组成的电偶时，其一端吸（xī）热，一端放热的现象。TEC 包（bāo）括一些 P 型和 N 型对（组），它们（men）通（tōng）过电（diàn）极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间，当有电流从（cóng） TEC 流过时（shí），电流产生的热量会从 TEC 的 一侧（cè）传到另（lìng）一侧，在 TEC 上（shàng）产生″热″侧和″冷（lěng）″侧，这就是 TEC 的（de）加热与致冷原（yuán）理。
帕尔帖效应，PN 节以及热流动示意图
PCR扩增仪（yí）一般具（jù）有（yǒu）两种（zhǒng）温控模式，即模（mó）块（kuài）温控模式（Block-control）和反应管温控模式（tube-control）。管内样品的温度无法与温控模块同时达到预设温度，特别是PCR反应中的孵育过程一般为30秒或（huò）更短，如果采（cǎi）用只有模块（kuài）温控模式的话，反（fǎn）应混（hún）合物（wù）孵（fū）育的时间（jiān）与程（chéng）序（xù）设定的时间会（huì）有相当（dāng）大（dà）的差距。为了达到反应管内部温度精确控制，需采用（yòng）反应管控（kòng）制模（mó）模（mó）式，通过温（wēn）度控制算法进行参数标定和补偿，确保反应混合物按照程序设定的（de）时间维持预设温度。
科（kē）技（jì）战“疫”，开云和数明在行动
面对近（jìn）期香（xiāng）港、深圳、上海等地奥密克戎的快速扩（kuò）散（sàn），核酸检测（cè）能力在数量和速度方面都（dōu）面临着极大的考验。开云和数明（míng）半导体积极发挥了科技技术（shù）方面的（de）优（yōu）势（shì），组（zǔ）织技术专家研究PCR扩增技（jì）术的优化解决（jué）方案，以功率器（qì）件门极驱（qū）动芯片和（hé）TEC控（kòng）制器为（wéi）着力点，优先保障芯（xīn）片供应和交付，与客户一起助力抗疫（yì），共克时艰（jiān）。
开云和数明半（bàn）导体自研的20V-600V耐压全系列的低边、半桥、三相（xiàng）半（bàn）桥（qiáo）等功率管门极驱动芯片（SLM2103S、SLM2136等）可用于驱动TEC，协助PCR扩增仪（yí）器（qì）客户快速、方便地完成系统设（shè）计，在当前半导体供（gòng）应短缺时期，可以满足客户设计方（fāng）案的快速变更、验证与量产。
600V耐压半桥功率器（qì）件驱动芯片工作示意图
600V耐压三相（xiàng）半（bàn）桥（qiáo）功率（lǜ）器件驱动芯片工作示意图
开云和数明半导（dǎo）体的单芯片（piàn）TEC控制器（qì）产品——SLM8833/8834/8835 集成（chéng）了TEC驱动电路、低温飘高精度温度误差放（fàng）大（dà）器（qì）及环（huán）路补偿（cháng）电路、温（wēn）度设（shè）定（dìng）与（yǔ）传感电路（lù），采（cǎi）用高效的单（dān）电（diàn）感架构，实（shí）现更（gèng）紧凑、更高的转换效率及更低的噪声；其中功率级集成了超低阻抗的MOSFET，损耗更低寿命（mìng）更久；同时匹配模拟PID与数字PID两（liǎng）种（zhǒng）温控（kòng）模式（shì），以满足客（kè）户PCR扩增（zēng）仪的（de）小型化创新设计需求（qiú）。
由SLM8834 构成的 TEC 系统框图
模拟PID温控器模式
数字PID温控模式
