成果简介

聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是一种用来快速扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，可用于生物体外进行特殊DNA复制。该技术被广泛应用在刑侦、医学、生物学研究等多个领域，在基因工程技术中更是有着无法替代的重要作用。作为PCR扩增反应的重要仪器，PCR仪是DNA扩增的各种生产、研究的必要基础工具。其应用前景将随着基因工程和基因技术的发展而不断扩展。 所研发的PCR生物仪器具有低成本、高精度、高稳定性、温度变化迅速、可调温度梯度大等特点。其加热系统采用了多模块分区加热的模式，通过加热模块的协调工作，可实现系统准确的分区域、分时段精确控制，工作过程中可实现20℃以上的温度梯度。温度控制系统采用了自适应模糊控制方法，通过控制参数的实时调整，实现了温度控制对于使用环境的自适应，从而提高了系统对于环境条件、自身热量积累、系统自身温度变化等干扰的抵抗能力，增强了系统温度控制的准确性和精度，温度控制精度可达0.3℃。同时，利用分环节温度控制设计，解决了温度变化时反馈温度不准确的问题，通过基座温度的适当超调，提高了控制目标温度的响应速度，即使在接近目标温度时，加热速率依旧可保持1.5℃/s以上，且能够保证目标温度无超调。 所研发的PCR生物仪器，具有和国内外一线产品比肩的性能，可满足各种PCR扩增反应的生产、研究需求。在梯度模式下，能够通过设置一系列的梯度退火温度进行扩增，从而在一次PCR扩增中就可以筛选出表达量高的最适合退火温度，应用于研究未知DNA退火温度的扩增实验时，可有效节省试验时间、提高实验效率。在不设置梯度的情况下亦可当作普通的高精度PCR仪使用。

项目成熟度

该项目产业化预期能够实现巨大的社会价值和经济价值。其产业化不仅能够填补国产高精度梯度PCR生物仪器的市场空白，同时还能够促进我国基因工程技术的发展。 目前，该项目已经初步实现循环过程中的温度高精度控制。在实验条件下完成了20℃的温度梯度自适应验测试，实现了0.3℃的控制精度要求。项目即将进入深入开发测试、模型样机试制和细节参数优化阶段。

市场现状

国外产品起步较高，技术相对成熟。以赛默飞世尔（Thermo Fisher）公司生产的ProFlex™ PCR热循环仪为例。该产品有三个模块（3 x 32 孔），可供单人使用或多人共同使用，可独立设置3种不同的循环条件。梯度条件下最大梯度温度范围30℃，精度0.3℃；常规均温模式下，温度范围35~99℃，精度±0.25℃，报价约6万/台。

近年来，通过积极与外商的合作，国产PCR仪的研发也取得了较大的进步。例如杭州的博日科技在日本磁性流体技术株式会社（Ferrotec集团）的鼎力支持下，不断改进技术，研制开发出了具有国际水准的高科技产品Gene Max。其温度控制系统采用ARM9处理器和ThreadX系统，梯度条件下最大梯度温度范围25℃，精度约为0.2℃；常规均温模式下，温度范围为室温+5~100℃，公布精度为±0.15℃，实测精度约为0.3℃，报价约3万/台。