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高频压电微振动控制在数字PCR技术中的应用

20世纪末,Vogelstein等提出数字PCR(digital PCR,dPCR)的概念,通过将一个样本分成几十到几万份,分配到不同的反应单元,每个单元至少包含一个拷贝的目标分子(DNA模板),在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增,扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析。

数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术,主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控或微滴化方法。数字PCR一般包括两部分内容,即PCR扩增和荧光定量分析。在PCR扩增阶段,与传统技术不同,dPCR一般需要将样品稀释到单分子水平,并平均分配到几万个反应腔室里反应。这样子相当于变相的对靶基因进行富集。与此同时,由于对原样品的大幅度的稀释,使得PCR抑制剂浓度显著降低,这样dPCR对初始PCR反应物里抑制剂的要求显著低于qPCR(Quantitative Real-time PCR)。不同于qPCR对每个循环进行实时荧光测定的方法,dPCR技术是在扩增结束后对每个反应单元的荧光信号进行采集,有荧光信号的微滴判读为1,没有荧光信号的微滴判读为0,最后根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例得出靶分子的起始拷贝数或浓度。

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数字PCR基本原理

 

基于分液方式的不同,数字PCR主要分为3种:微流体数字PCR (Microfluidic digital PCR,mdPCR)、微滴数PCR(Droplet digital PCR,ddPCR)、芯片数字PCR(Chip digital PCR,cdPCR),分别通过微流体通道、微液滴或微流体芯片实现分液,分隔开的每个微小区域都可进行单独的PCR反应,其中mdPCR基于微流控技术,对DNA模板进行分液,微流控技术能实现样品纳升级或更小液滴的生成,但液滴需要特殊吸附方式再与PCR反应体系结合,mdPCR已逐渐被其他方式取代;ddPCR技术,是相对成熟的数字PCR平台,利用油包水微滴生成技术将含有核酸分子的反应体系生成20000个纳升级微滴,经PCR扩增后,微滴分析仪逐个对每个微滴进行检测;cdPCR利用微流控芯片技术将样品的制备、反应、分离和检测等集成到一块芯片上。利用集成流体通路技术在硅片或石英玻璃上刻上许多微管和微腔体,通过不同的控制阀门控制溶液在其中的流动来实现生物样品的分液、混合、PCR扩增,实现绝对定量。

芯明天压电陶瓷促动器以其优异的性能和方便的操作适用于各类微操作、微控制应用。芯明天压电陶瓷促动器采用压电震动技术,可产生高精度、高频率且可控的微振动,非常适于PCR设备中的微流体控制或物质的打散。

 

芯明天压电陶瓷促动器

芯明天压电陶瓷促动器具有非常多的种类,如小体积型、高频型、大出力型、低温真空型等等,具体的选择取决于用户设备的工作参数以及结构。

压电陶瓷叠堆

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芯明天具有上百种压电陶瓷叠堆的型号,具有多样化的尺寸及参数,产生的形变位移由1‰至2‰不等,且空载谐振频率非常高,可达近500kHz。此外,压电陶瓷叠堆的尺寸非常小巧,常见的截面尺寸有2×2mm、3.5×3.5mm、5×5mm、7×7mm、10×10mm等,并且如此小的截面,却可达上千牛顿的出力。
压电陶瓷叠堆一般通过胶粘接的方式来固定安装。

压电陶瓷促动器

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压电陶瓷促动器非常适用于作为振动激励源,工作频率可达千赫兹。
芯明天压电陶瓷促动器与压电陶瓷叠堆相比,外部具有金属保护外壳,具有更高的可靠性,并且可承受一定的拉力。此外,抗扭力型压电陶瓷促动器具有一定的抗扭力功能,可防止安装过程中扭力造成内部压电陶瓷的损坏。

压电陶瓷促动器的移动端具有多种安装选择,可选平头、球头、外螺纹、内螺纹或定制接口,安装方式非常灵活,且很便捷。

压电陶瓷促动器的长度越长,它的位移范围将越大;直径越大,出力也将越大。具有环形与柱形两种外形。使用中,可采用正立、倒置或横向安装,但需要提供具体负载等参数,由我们的技术人员分析可行性及安全性。

压电纳米定位台

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芯明天压电纳米定位台与压电陶瓷促动器相比,可进行多方向(多维)的运动控制,可在1至6维自由选择运动方向及行程范围。

压电纳米定位台一般采用机械放大结构,它的行程可长达1mm,可定制设计外形结构。可选择中心通孔设计,更适于样品的安装。

压电纳米定位台的带载后工作频率一般约在几十赫兹。

压电物镜定位器

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芯明天压电物镜定位器是专为驱动物镜头而设计,可带载物镜进行单轴的聚焦定位,精度可达2.5nm,非常适于高精度显微成像等应用。

压电物镜定位器与物镜之间通过适配器连接,可将物镜快速锁定在预期位置。多种螺纹牙可选,如M27×0.75、M26×0.75、M26×1/36"、M25×0.75、W0.8×1/36"等,也可定制,便于与显微镜集成安装。

压电偏摆台

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芯明天压电偏摆台是可进行角度运动的压电平台,一般为θx、θy二维偏转,也可选择θx、θy、θz及XYZ六轴运动,运动调节更灵活。

压电偏摆台适用于显微成像中的样品调平,也适于成像中的光路径调节。调节速度可达毫秒量级,偏转精度可达纳弧度。

 


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