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聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)是体外扩增DNA序列的技术。它与分子克隆和DNA序列分析方法几乎构成了整个现代分子生物学的实验工作的基础。在这三种实验技术中,PCR技术的发明是分子生物学的一项革命,极大地推动了现代生物学以及生物技术产业的发展。传统PCR通常具有热容大、热循环时间长、能量消耗高、空间体积大、以及难集成等缺陷。因此,随着微全分析系统(miniaturized totalanalysis systems,或micro total analysis systems,μTAS)领域的发展,微流控PCR在核酸扩增分析领域日益受到人们的重视。尤其是连续流动式PCR的种种优点更是吸引了众多科学家的关注。随着人们对食品安全性要求的不断提高,改进和完善食品检测技术成了当今的热门话题。本论文以连续流动式PCR为基础,结合RNA反转录技术以及在线荧光分析技术希望建立一种快速可靠、灵敏准确、特异性好、操作简便、成本低廉而且携带方便的检测体系。并将此检测体系应用到转基因食品、食源致病性病毒及细菌的检测,以满足加强对食品检测的需要。
本论文主要研究内容包括以下几个方面:
(1)转基因食品的快速发展一方面展示出先进科学技术在生产上的巨大应用前景,另一方面也引发了转基因食品对人体健康和生态环境影响的争论。为满足广大消费者的选择权和知情权,以及国际贸易的需要,转基因食品的检测越来越引起各国政府和有关食品监督机构的重视。因此发展一种快速的,灵敏的食品转基因的微流控PCR检测方法将为食品安全的快速检测提供有用的工具。本研究介绍了连续流动式PCR微流控技术及其在转基因食品检测中的应用。在这个装置上,转基因大豆的P35S和Tnos序列可在数分钟内完成扩增,样品检测极限达到0.005 ngμL-1。而且结合融解曲线分析方法,利用连续流动双元PCR方法可同时检测P35S以及Tnos序列,进一步缩短了检测时间。
(2)为了使连续流动式PCR微流控技术更广泛应用于基于RNA的病毒(如引起胃肠炎的诺瓦克病毒和轮状病毒)的检测中,本研究将RNA反转录微流控技术与连续流动式PCR技术相结合,发展了一种连续流动式RT-PCR微流控检测方法。该装置是由两个加热的铜圆柱体构成恒温带,以聚四氟乙烯毛细管微通道为反应体系构建而成。为了充分体现连续流动PCR利于集成化的优越性,本研究也实现了扩增产物的在线荧光分析,大大缩短了检测时间。在该集成化的连续流动RT-PCR装置上,1h左右即可完成食源致病病毒的反转录扩增以及其产物的在线荧光分析,样品检测极限达到6.4x104 copiesμL-1轮状病毒RNA。本研究为基于RNA的食源致病病毒快速诊断提供了新的生化检测方法,具有潜在的应用价值。
(3)本研究将静态的微流控RT技术与连续流动PCR技术相结合,避免了连续流动RT技术中反应通道过长,生物分子吸附严重的缺点。并且静态式RT更有利于实现不同RNA样品cDNA的多通道平行化合成,结合连续流动片段流PCR更易于实现高通量的RT-PCR。该装置是在一个刻有沟槽的加热铜块上进行静态反转录,在加热铜圆柱体上进行连续流动PCR扩增。结合在线荧光分析,产物检测可在1 min内完成,并且系统可在1 h内完成RT-PCR扩增检测,轮状病毒的检测极限为3.6x104copiesμL-1。
(4)本研究将多元PCR在连续流动式PCR装置上实现,并将此技术应用到多种食源性致病菌的同时检测中,大大节省了反应时间,简化了人工操作。离线的融解曲线检测方法的实现为进一步开发集在线融解曲线分析的连续流动多元PCR检测体系奠定了研究基础。