Технология ПЦР принесла заметный прогресс в области наук о жизни с момента ее разработки в 1984 году.
В последнее время эта технология стала известна общественности в связи с пандемией COVID-19, поскольку ПЦР позволяет обнаружить нуклеиновые кислоты, идентифицирующие вирус COVID-19. Однако из-за технических особенностей ПЦР-теста результаты не могут быть получены немедленно. Для проведения теста требуется не менее 1-2 часов, так как он требует многократных температурных циклов (60~95℃).
По мере того, как время постановки диагноза становится все более важным, растет спрос на быстрое тестирование в пунктах оказания медицинской помощи (point-of-care testing) на основе ПЦР. Хотя оптические компоненты в ПЦР в реальном времени (qPCR) быстро стали компактными и экономичными, традиционные приборы для ПЦР по-прежнему требуют громоздких тепловых блоков, что затрудняет удовлетворение возникающих потребностей. Исследовательская группа Корейского института науки и технологии сообщила о разработке сверхбыстрой технологии ПЦР. Благодаря использованию фототермических наноматериалов, ультрабыстрая ПЦР сокращает время проведения теста в 10 раз по сравнению с существующим анализом. Новый метод выполняется за 5 минут, при этом диагностические характеристики не уступают существующему методу.
Фотонная ПЦР, использующая фототермические наноматериалы в качестве нагревательных элементов, является многообещающей платформой, поскольку позволяет снизить энергопотребление и время процесса. В данном исследовании авторы разработали платформу фотонной ПЦР с использованием гидрогелевых микрочастиц. Микрочастицы, состоящие из гидрогелевых матриц, содержащих фототермические наноматериалы и праймеры, получили название фототермических праймер-иммобилизованных сетей (pPINs). Оксид графена был выбран в качестве наиболее подходящего фототермического наноматериала для генерации тепла в pPIN из-за его превосходной эффективности преобразования света в тепло. Фототермический реакционный объем в 100 нл (предопределенный размерами pPIN) обеспечивает быструю скорость нагрева и охлаждения, соответственно, что позволяет проводить сверхбыструю qPCR только с использованием оптических компонентов. Кроме этого, авторы внедрили технологию мультиплексной диагностики, которая обнаруживает сразу несколько генов, что позволяет различать несколько типов вариантов COVID-19 в одной реакции.
"В этом году, путем дополнительных исследований, мы планируем миниатюризировать разработанную технологию ультрабыстрой ПЦР, чтобы создать устройство, которое можно будет использовать в любом месте. Сохраняя сильные стороны ПЦР как точного метода диагностики, мы повысим удобство, применимость в полевых условиях и оперативность, благодаря чему, как мы ожидаем, прибор станет точным диагностическим устройством, которое можно будет использовать в первичных местных клиниках, аптеках и даже дома. Кроме того, технология ПЦР является универсальной молекулярной диагностической технологией, которая может применяться при различных заболеваниях, кроме инфекционных, поэтому она станет более распространенной", - сообщил руководитель разработки Санг Кюнг Ким.
