PCR（聚合酶鏈式反應）是一種用于放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術，應用十分廣泛，而THz(Tera Hertz,太赫茲)是波動頻率單位之一，指頻率在0.1~10 THz(波長為3000～30μm)范圍內的電磁波。二者結合起來的THz-PCR是一種創新型的新技術，近期國科大溫州研究院PI張峰老師課題組在美國工程技術-材料科學類期刊ACS Applied Materials & Interfaces雜志上發表了題為“THz-PCR Based on Resonant Coupling between Middle Infrared and DNA Carbonyl Vibrations”的文章，研究探討了基于中紅外線與DNA羰基振動共振耦合的THz-PCR。
背景介紹：
生物大分子的旋轉和振動能級落在太赫茲（THz）波的能量范圍內，而太赫茲波又可以通過共振耦合方式與生物分子相互作用。在過去的幾十年里，THz技術已經發展起來，通過光譜成像來區分正常組織和癌癥組織，例如，通過監測DNA甲基化的分子共振指紋圖譜來早期診斷癌癥細胞。由于THz能量遠低于化學鍵活力，功率低于mW/cm2的THz電磁波在數十分鐘的照射過程中不會對角膜組織、焦點細胞、視網膜神經節細胞、皮膚成纖維細胞和脫氧核糖核酸（DNA）造成破壞性傷害。作者研究團隊的合作者使用53.53THz激光通過與離子通道中羰基的相干共振耦合來操縱鉀通道，實現了神經信號的可逆無創調節。還有其他論文報道，35.2 THz的輻射可以與DNA堿基的振動共振，并引發氫鍵斷裂，這反過來糾正了DNA雜交的錯配率，提高了折紙結構的產率。為了了解太赫茲輻射對其他生命活動的量子效應，特別是那些最重要的生化反應，例如DNA復制，作者研究團隊選擇了53THz激光，以實現中紅外線和DNA羰基之間的振動強耦合（VSC），并探究了它對體外DNA復制（如PCR反應）的影響。
實驗方法：
準備好實驗用的DNA和其它相關檢測試劑、試劑盒等，然后進行PCR擴增反應，PCR實驗在柏恒科技PCR儀上進行（Q3200，Bio-Gener）。PCR程序包括以下兩個階段：第一階段之前是95°C下30秒的預變性過程，然后是八個循環，每個循環包括95°C的變性過程5秒和62°C的退火過程20秒。此外，第二階段為30個循環，每個循環包括特殊梯度溫度和梯度時間的變性過程以及37°C下的退火和延伸過程20秒。整個階段使用PCR儀（Q3200，Bio-Gener，圖S1）進行THz輻照。
圖S1.THz-PCR體系的實際照片。將含有PCR試劑溶液（20μL）的200μL PCR管安裝到PCR儀中，無需關閉加熱蓋，并用53.53 THz激光照射。
法醫檢測應用：目標蛋白編碼基因為SOX 21，檢測采用THz PCR和常規PCR。首先將血染紙切成小塊，浸泡處理后將上清液直接用作PCR檢測的模板。整個階段使用PCR儀（Q3200，Bio-Gener，圖S1）進行THz照射，另一個樣品以相同的方案進行，沒有THz照射作為對照。實驗結束后進行結果分析。
作者研究團隊中用到的PCR儀來自柏恒科技，Q3200熒光定量PCR儀是柏恒科技創新研發的一款儀器產品，雙槽設計，一機兩用，產品功能強大。
實驗結果：
使用聚合酶鏈反應（PCR）作為測量手段，研究團隊發現THz照射可以將DNA雙鏈體的變性溫度降低約3°C，這允許在較低溫度下進行PCR，促進長時間擴增反應而不損失酶保真度。與正常加熱相比，THz照射可以顯著減少DNA雜交，雙鏈DNA（dsDNA）解鏈變得更容易和更快。同時，PCR的效率和目的DNA的產率都得到了提高。
基于上述研究，研究團隊發現THz PCR作為一種創新的DNA擴增技術，具有超高的特異性和敏感性，并成功地證明了其在法醫檢測中的優勢。
（文獻來源地址：THz-PCR Based on Resonant Coupling between Middle Infrared and DNA Carbonyl Vibrations | ACS Applied Materials & Interfaces）
