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作者：Connor Connaughton，德州儀器（Eduardo Bartolome是該技術(shù)文章的合著者。） 即時醫(yī)療分子診斷（PoC）的市場增長主要由以下因素推動：傳染病的高患病率；對個性化醫(yī)療的認識和接受程度不斷提升； 隨著分子技術(shù)的進步，診斷結(jié)果的準確性和便攜性提高。PoC分子診斷技術(shù)可以幫助醫(yī)生在患者首次就診時快速做出診斷和治療決策，患者無需等待數(shù)天才能獲知檢測結(jié)果，從而提高了醫(yī)療水平。本文將簡要介紹這種檢測方法，并詳細介紹此類儀器主要模塊中的一些實際應用器件。 
圖1：PoC分子診斷分析儀工作流程簡圖 從更高的層面來說，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(jīng)過DNA擴增（克隆/復制）后才能進行分析。兩種主要的擴增技術(shù)為聚合酶鏈反應（PCR）和環(huán)介導等溫擴增（LAMP）。 PCR和LAMP擴增技術(shù)需要利用一些加熱和冷卻元件。PCR擴增技術(shù)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(huán)，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。重復此循環(huán)過程可以產(chǎn)生數(shù)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(huán)有助于加快這一反應，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，其基于TIDDC112電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及TI電流驅(qū)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系統(tǒng)框圖 TEC單元的正常運行需要具備高水平的溫度精度，以監(jiān)測核酸擴增過程所需的加熱和冷卻。TMP117數(shù)字傳感器在-40°C至100°C的溫度范圍內(nèi)可實現(xiàn)±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(shù)字元件通信。TMP117專為電池供電的系統(tǒng)而設(shè)計，在關(guān)機時具有150 nA的靜態(tài)電流消耗，并且每1Hz轉(zhuǎn)換周期只需要3.5μA。 TPS54201提供恒定電流（1.5A）驅(qū)動DRV8873來運行高效的加熱和冷卻元件，從而驅(qū)動TEC。 DRV8873由四個N溝道MOSFET組成，它們以高達10A的峰值電流雙向驅(qū)動電機，并具有集成電流感應等功能，無需兩個外部并聯(lián)電阻，從而節(jié)省了材料成本和空間。如需了解更多信息，請參考以下應用指南。 當擴增發(fā)生時，針對病原體標簽序列的熒光標簽會被光源激發(fā)；單個光電二極管或一組光電二極管能夠檢測到熒光。信號水平會隨著擴增時間或周期而變化，從而指示樣本中特定病原體的初始濃度。在擴增過程的早期階段，僅用樣本中的幾個目標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(jié)果（鑒定出目標基因組物質(zhì)）所需的時間。DDC112系列器件可以對1到256個二極管的電流進行采樣，并將電流放大器和ADC集成到一個電路中。這些器件具有非常低的輸入?yún)⒖荚肼暎ㄔ诰礁F磁安培范圍內(nèi)）、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。 此類檢測涉及的復雜性跨越多個科學領(lǐng)域，本文在此不做深入探討。但盡管如此，我們希望本文能夠在您為儀器設(shè)計選擇比較關(guān)鍵的電子器件時提供幫助。 |
