加州大學柏克萊分校的生物工程學家研發出一項新科技，利用LED光源的開/關(guan) 提高加熱或冷卻基因樣本的速度，以降低實驗成本並將實驗速度提升數倍。

生物工程學教授，本研究的資深研究員Luke Lee教授表示：“光電PCR係統是一個(ge) 快速、敏銳且低價(jia) 的檢測方法。它能與(yu) 超快基因組檢測芯片結合運作，這能使PCR係統在醫療領域發展出實際用途。因為(wei) 這項技術能夠提供實時血糖檢結果，我們(men) 可以使用於(yu) 各種不同的環境中，不論是非洲鄉(xiang) 下或醫院急診室皆適用。”

光電PCR在黃金薄層上迅速加熱並冷卻電子，在數分鍾內(nei) 進行基因複製(影像來源：Luke Lee’s BioPOETS lab)

據7月31刊於(yu) 《Light: Science & Application》期刊的研究顯示，這個(ge) 超快溫感調控技術，大幅擴展聚合酶鏈鎖反應(polymerase chain reaction ,PCR)測試的臨(lin) 床及研究應用，將原本超過一小時的檢測時間，大幅減至短短幾分鍾。

聚合酶鏈鎖反應(以下簡稱PCR)測試藉由複製單一DNA序列，製造出數千至數百萬(wan) 的副本，從(cong) 複製學研究到鑒證分析及親(qin) 子鑒定，這樣的技術已經成為(wei) 基因學應用的重要環節。PCR測試多應用於(yu) 初步診斷遺傳(chuan) 及傳(chuan) 染性疾病，同時用來分析古代木乃伊和長毛象的DNA樣本。

1993年，發現者凱利‧穆利斯(Kary Mullis)及麥可‧史密斯(Michael Smith)使得PCR測試有重大突破，對現代科學的貢獻，因而得到諾貝爾獎肯定。

使用LED，加州柏克萊大學研究人員能在薄層黃金接口上加熱電子及DNA溶液。他們(men) 計算加熱溶液的速度，大約為(wei) 每秒攝氏12.7度。降溫時可達到每秒攝氏6.6度的驚人速度。

生物工程學教授，本研究的資深研究員Luke Lee表示：“PCR是很有利且在醫療界廣泛使用的測試，但是現有的PCR測試係統相對較耗時。考慮到傳(chuan) 統的加溫器儀(yi) 器耗電量大且造價(jia) 昂貴，一般通常在實驗室裏進行此測試。由於(yu) 整個(ge) 過程大約需一小時，因此不適合用於(yu) 實時血糖檢測。我們(men) 的係統卻能在幾分鍾內(nei) 得出檢測結果。”

超快光電PCR測試利用LED燈在薄層黃金表麵上複製基因樣本(攝影： Jun Ho Son)

傳(chuan) 統PCR測試的耗時之處在於(yu) 加熱以及降溫DNA溶液的過程太長。PCR檢測需要重複溫度改變才能進行─在三個(ge) 溫度點之間平均要重複30個(ge) 循環─以複製基因的序列。這個(ge) 過程牽涉到拆解雙煉的DNA序列，並將單煉與(yu) 其對應鏈結合。隨著每次加熱降溫的循環，DNA樣本數將會(hui) 雙倍成長。

為(wei) 了提高溫度循環的速度，Lee教授和他的研究團隊利用電漿子光學(plasmonics)的原理，或所謂的光與(yu) 電子在金屬表麵的互動現象。在接收到光照時，自由電子會(hui) 漸趨活躍而開始震動，產(chan) 生熱能。一旦切斷光照，振動及熱能就消失。

黃金因為(wei) 其易吸光的效率而成為(wei) 這種電漿子光學電子熱能加熱的熱門金屬接口。除此之外，其附加價(jia) 值是能夠植入生物係統中，因此可以用於(yu) 生物醫學工程應用。在研究中，研究人員使用120奈米厚的黃金薄層，大概是一個(ge) 狂犬病病毒的寬度。黃金被置於(yu) 一片微流道芯片上，用來裝載PCR混合物與(yu) DNA樣本。

光源為(wei) 一道置於(yu) PCR芯片下方的現成LED燈。LED燈調整為(wei) 光加熱效率最高的最大輻射450奈米波長。研究人員能在5分鍾之內(nei) 將整個(ge) 循環重複30次由攝氏55度加熱至攝氏95度循環。他們(men) 測試了光電PCR係統複製樣本DNA的效率，發現結果優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統PCR測試。

此研究的主導研究員Jun Ho Son是Lee教授研究室中的柏克萊博士後研究員。比爾與(yu) 美琳達•蓋茲(zi) 基金會(hui) 以及韓國國家研究基金會(hui) 讚助支持此研究。

由此研究能夠預見， LED與(yu) 生物科技結合的例子，預期未來會(hui) 越來越多，不隻是植物照明、醫美光源而已。