2/10/2020，在微信朋友圈里，來(lái)自Fiberguide的老朋友張強(qiáng)說(shuō)起因?yàn)榉酪叩男枨螅�最近他們公司的產(chǎn)品在PCR里應(yīng)用很好。 什么是PCR？為什么和光纖產(chǎn)品掛上鉤？我請(qǐng)張強(qiáng)同學(xué)給做了一點(diǎn)科普，寫(xiě)下來(lái)給更多的朋友看看。

PCR是Polymerase Chain Reaction（聚合酶連鎖反應(yīng)）的簡(jiǎn)寫(xiě)。PCR技術(shù)是一種用于擴(kuò)增特定DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，基本原理是在反應(yīng)室中模擬細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制，即人為創(chuàng)造核酸半保留復(fù)制條件，使目的DNA在細(xì)胞外完成擴(kuò)增的過(guò)程。根據(jù)百度百科，PCR是一種用于放大擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR的最大特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加。因此，無(wú)論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是幾十年前兇殺案中兇手所遺留的毛發(fā)、皮膚或血液，只要能分離出一丁點(diǎn)的DNA，就能用PCR加以放大，進(jìn)行比對(duì)。PCR技術(shù)最早在1983年由美國(guó)人Kary Mullis提出設(shè)想，并在1985年發(fā)展出最早的技術(shù)方案。到如今2013年，PCR已發(fā)展到第三代技術(shù)。

PCR的工作原理：第一，利用高溫破壞氫鍵的原理，將雙股DNA分開(kāi)成兩個(gè)單股DNA；第二，藉由加入的兩種可以專(zhuān)一辨識(shí)該DNA的小片段DNA分子（稱(chēng)之為引子），在合適的溫度下與原DNA形成鍵結(jié)；第三，在特定溫度下適量的DNA，引子，polymerase，dNTP、ATP等相互作用后，分別由兩引子端點(diǎn)延長(zhǎng)此DNA；第四，以上三過(guò)程合并記為一個(gè)輪回，藉由調(diào)整輪回的重復(fù)次數(shù)便可以擴(kuò)大兩引子間的DNA片段。以上說(shuō)法對(duì)于非生物專(zhuān)業(yè)人士大概不好理解。但是有一點(diǎn)大約可以明白，PCR的工作原理依托的是一個(gè)溫控設(shè)備。溫度控制在里面起到了關(guān)鍵作用。

PCR技術(shù)是廣義的分子生物診斷技術(shù)的一種。分子生物診斷包括核酸檢測(cè)和生物芯片兩大類(lèi)，前者包括PCR，核酸測(cè)序，分子雜交，核酸質(zhì)譜；后者包括基因芯片與微流控芯片。這里面微流控技術(shù)與硅光芯片技術(shù)關(guān)系很緊密。不提這個(gè)，繼續(xù)說(shuō)PCR。通過(guò)PCR技術(shù)進(jìn)行分子診斷的流程如下：核酸提取——核酸擴(kuò)增——核酸檢測(cè)。按照靶標(biāo)數(shù)量劃分，PCR技術(shù)平臺(tái)通常可分為qPCR和ddPCR。美國(guó)PE(Perkin Elmer)公司1995年研制出來(lái)實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qPCR)技術(shù)。該技術(shù)是在常規(guī)PCR基礎(chǔ)上加入熒光標(biāo)記探針來(lái)實(shí)現(xiàn)其定量功能的，與普通PCR相比，實(shí)時(shí)定量PCR具有許多優(yōu)點(diǎn)：利用熒光信號(hào)的變化實(shí)時(shí)檢測(cè)PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個(gè)循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物量的變化，最終對(duì)起始模板的定量分析。ddPCR(數(shù)字PCR)在傳統(tǒng)的PCR擴(kuò)增前將一個(gè)大的反應(yīng)體系進(jìn)行微滴化處理。在此過(guò)程中，樣品被稀釋至單分子水平，并被平均分配到這幾萬(wàn)個(gè)反應(yīng)體系中，每個(gè)微滴中不含或者含有至少一個(gè)待檢測(cè)的核酸靶分子，這樣也相當(dāng)于變相的對(duì)靶基因進(jìn)行富集。

最早做出PCR技術(shù)的Mullis工作的公司是一家名叫Cetus的小公司。1985年，Cetus與PE公司成立合資的PE-Cetus公司推廣PCR技術(shù)，并在1988年研發(fā)出世界第一臺(tái)PCR儀。1991年，Roche公司（羅式）以3億美元從Cetus收購(gòu)了PCR的開(kāi)發(fā)權(quán)，成立專(zhuān)門(mén)的Roche分子系統(tǒng)公司推廣這一技術(shù)。于是在PCR領(lǐng)域又出現(xiàn)第二家公司。1993年，PE收購(gòu)Applied Biosystems公司（ABI），后來(lái)又進(jìn)行分拆。PCR業(yè)務(wù)被納入分拆出的ABI公司。后來(lái)ABI又被Thermofisher賽默飛公司收購(gòu)，形成今天的PCR兩大巨頭賽默飛與羅式。除了這兩大巨頭，1988年，還有一家叫做MJ Research的公司發(fā)布了一款基于半導(dǎo)體帕爾貼效應(yīng)PCR儀PTC-100并贏得廣泛的聲譽(yù)。后來(lái)由于在專(zhuān)利戰(zhàn)中失利，MJ Research被Bio-rad伯樂(lè)公司收購(gòu)。這家公司在第三代的數(shù)字PCR領(lǐng)域擁有領(lǐng)先實(shí)力。2017年，羅氏原有的大部分PCR專(zhuān)利過(guò)期，引來(lái)PCR領(lǐng)域的新一輪競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)廠商方面，涌現(xiàn)出新羿、銳訊、領(lǐng)航基因、永諾生物、小海龜?shù)纫慌�公司�?

           鳴謝上海NB公司張智提供PCR原理圖
寫(xiě)了這么多，還是沒(méi)有提到PCR和光學(xué)技術(shù)的關(guān)系。下面給出的PCR的示意圖可以很清楚地看到PCR技術(shù)是如何地依賴(lài)光學(xué)技術(shù)，更具體來(lái)說(shuō)也就是光譜檢測(cè)技術(shù)。背后的核心光器件除了激光器，光纖，還有就是各種光學(xué)透鏡，開(kāi)關(guān)等。

在防疫工作中，紅外測(cè)溫儀作為最常見(jiàn)的光電子產(chǎn)品被廣為人知，但是光電子技術(shù)所扮演的角色不僅如此。以PCR為例，它是當(dāng)前防疫工作中關(guān)鍵的病毒核酸檢測(cè)的重要手段。光學(xué)光電子技術(shù)正是PCR背后實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。就如同因疫情帶來(lái)的云視頻業(yè)務(wù)爆發(fā)的背后是光纖網(wǎng)絡(luò)和寬帶技術(shù)一樣。

我們說(shuō)，光電子技術(shù)是21世紀(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。在眼下聲勢(shì)浩大的防疫戰(zhàn)中，我們?cè)俅我?jiàn)證了這一點(diǎn)。在緊張的防疫工作中，我們也看到廈門(mén)三優(yōu)，東莞藍(lán)光，廣州名揚(yáng)等許多企業(yè)積極為防疫提供相關(guān)的光電產(chǎn)品。謝謝他們，也期待這次疫情成為光通信企業(yè)更多開(kāi)拓非通信市場(chǎng)，醫(yī)療光電市場(chǎng)的新契機(jī)。