Angew Chem Int Ed:清华大学刘东生研究组发展出基于酸碱调控的室温PCR方法

近日，《Angew. Chem. Int. Ed.》杂志上发表了中国科学院上海应用物理研究所樊春海课题组与清华大学陆东生研究组合作的一篇研究论文，论文报道了一种新型的离子介导聚合酶链式反应(Ion-Mediated Polymerase Chain Reaction, IM-PCR)，通过精确调控溶液pH值(即质子和氢氧根离子)，可以在室温下完成PCR扩增。
PCR是体外通过酶反应合成、高灵敏扩增目标基因片段的一种方法，是常用的分子生物学技术之一。常规PCR是通过控制溶液温度来实现DNA分子的可逆变复性，从而达到复制扩增的目的。而这种升降温过程通常需要复杂的控温装置并消耗大量能源。从理论上来说，DNA变复性还可以通过酸碱变性来实现，然而如何在不改变溶液体积的情况下精确控制溶液pH值则是一个难题。
研究人员建立了一种基于微流控的电化学芯片，可以通过电压驱动快速、精确调控溶液pH值，并实现了对DNA分子机器的电驱动控制(Nano Lett. 2010,10,1393)。基于这一研究基础，上海应物所博士张一和副研究员李茜发现微流控电化学可以有效控制PCR反应体系的pH值，实现了室温下的酸碱驱动的IM-pcr扩增。与传统PCR技术相比，这一新型的集成化IM-PCR技术无需变温过程，所有反应步骤均在室温下进行。这一小型化、低成本、易于集成的PCR新技术有望在生物检测、临床诊断及环境监测中发挥作用。
Angew Chem Int Ed:清华大学刘东生研究组发展出基于酸碱调控的室温PCR方法
基于酸碱调控的室温PCR新方法
原文链接：
Ion-Mediated Polymerase Chain Reactions Performed with an Electronically Driven Microfluidic DevICE

原文摘要：
The polymerase chain reaction (PCR) is a powerful method for exponentially amplifying very low amounts of target DNA from genetic, clinical, and forensic samples. However, the heating and cooling steps in PCR largely hamper the miniaturization of thermocyclers for on-site detection of pathogens and point-of-care tests. Herein, we devise an ion-mediated PCR (IM-PCR) strategy by exploiting ion-induced DNA denaturation/renaturation cycles. DNA duplexes are effectively denatured in alkaline solutions; whereas, the denatured single-stranded DNA strands readily reform duplexes at neutral pH. By using an integrated microchip that can programmably control the solution pH simply switching the potential in a range of several hundred millivolts, we can trigger IM-PCR at a constant temperature. Analogously to thermal cycling, 30 cycles of pH-induced denaturation/renaturation were used to amplify protein DNA fragments as confirmed by DNA sequencing. We anticipate that this portable, low-cost, and scalable IM-PCR holds great promise for widespread biological, clinical, and environmental applications.