圖1：PoC分子診斷分析儀工作流程簡圖

 

從更高的層麵來說，生物樣本可能不具有足夠的目標DNA導致無法通過光學熒光手段檢測。因此，需要經過DNA擴增（克隆/複製）後才能進行分析。兩種主要的擴增技術為聚合酶鏈反應（PCR）和環介導等溫擴增（LAMP）。

 

PCR和LAMP擴增技術需要利用一些加熱和冷卻元件。PCR擴增技術需要使用熱電冷卻器（TEC），TEC通過三個獨立的溫度條件變化進行熱循環，包括將樣本加熱至95°C，冷卻至50°C-56°C
，以及保持在72°C恒定溫度下。重複此循環過程可以產生數十億個DNA拷貝。在LAMP擴增過程中
，加熱和冷卻元件將樣本保持在60°C-65°C的恒定溫度下。避免熱循環有助於加快這一反應，但需要一組更高級的引物。

 

圖2所示為PoC分子診斷分析儀的傳感器前端/TEC單元的示意圖
，其基於TIDDC112電流輸入模數轉換器（ADC）以及TI電流驅動器、精密放大器和溫度傳感器。

 

圖2：PoC分子診斷分析儀的傳感器前端係統框圖

 

TEC單元的正常運行需要具備高水平的溫度精度

，以監測核酸擴增過程所需的加熱和冷卻。TMP117數字傳感器在-40°C至100°C的溫度範圍內可實現±0.1°C的典型精度以及±0.2°C的最大精度。該器件具有集成的16位ADC
，可通過I2C或SMBus與數字元件通信。TMP117專為電池供電的係統而設計
，在關機時具有150 nA的靜態電流消耗
，並且每1Hz轉換周期隻需要3.5µA。

 

TPS54201提供恒定電流（1.5A）驅動DRV8873來運行高效的加熱和冷卻元件，從而驅動TEC。DRV8873由四個N溝道MOSFET組成，它們以高達10A的de峰feng值zhi電dian流liu雙shuang向xiang驅qu動dong電dian機ji，並bing具ju有you集ji成cheng電dian流liu感gan應ying等deng功gong能neng
，無wu需xu兩liang個ge外wai部bu並bing聯lian電dian阻zu，從cong而er節jie省sheng了le材cai料liao成cheng本ben和he空kong間jian。如ru需xu了le解jie更geng多duo信xin息xi
，請qing參can考kao以yi下xia應ying用yong指zhi南nan。

 

當擴增發生時
，針對病原體標簽序列的熒光標簽會被光源激發；單(dan)個(ge)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)或(huo)一(yi)組(zu)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)能(neng)夠(gou)檢(jian)測(ce)到(dao)熒(ying)光(guang)。信(xin)號(hao)水(shui)平(ping)會(hui)隨(sui)著(zhe)擴(kuo)增(zeng)時(shi)間(jian)或(huo)周(zhou)期(qi)而(er)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)指(zhi)示(shi)樣(yang)本(ben)中(zhong)特(te)定(ding)病(bing)原(yuan)體(ti)的(de)初(chu)始(shi)濃(nong)度(du)。在(zai)擴(kuo)增(zeng)過(guo)程(cheng)的(de)早(zao)期(qi)階(jie)段(duan)，僅(jin)用(yong)樣(yang)本(ben)中(zhong)的(de)幾(ji)個(ge)目(mu)標(biao)DNA片段就可以檢測出這種信號水平
，進一步縮短了獲得陽性結果（鑒定出目標基因組物質）所需的時間。DDC112係列器件可以對1到256個二極管的電流進行采樣，並將電流放大器和ADC集成到一個電路中。這些器件具有非常低的輸入參考噪聲（在均方根鐵磁安培範圍內）、低輸入偏置電流（0.1 pA）以及具有高達24位分辨率的高線性度ADC。

 

此(ci)類(lei)檢(jian)測(ce)涉(she)及(ji)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)跨(kua)越(yue)多(duo)個(ge)科(ke)學(xue)領(ling)域(yu)，本(ben)文(wen)在(zai)此(ci)不(bu)做(zuo)深(shen)入(ru)探(tan)討(tao)。但(dan)盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，我(wo)們(men)希(xi)望(wang)本(ben)文(wen)能(neng)夠(gou)在(zai)您(nin)為(wei)儀(yi)器(qi)設(she)計(ji)選(xuan)擇(ze)比(bi)較(jiao)關(guan)鍵(jian)的(de)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)時(shi)提(ti)供(gong)幫(bang)助(zhu)。

 

 

推薦閱讀：