对流 PCR （convective PCR, CPCR）是在一个封闭的空间中，维持其上下表面温度保持不变，产生热流体上升冷流体下降的一种现象，是一种将上下温差引起空间内流体密度变化引起的热对流应用于 DNA 扩增的一种技术。
单一热源驱动的对流 PCR 扩增如图 1 所示。反应管底部液体因受热会导致密度减小，此时在浮力的作用下液体向反应管上方运动，但上升的过程中液体的温度逐渐降低，密度增大，直至到达反应管顶部时，在自身重力的作用下液体开始下沉，当到达反应管底部时，会再次进行下一次循环。
图1 单端热驱动对流 PCR
通过反应管内液体的热对流运动，PCR 试剂可以反复经历不同的温度变化从而完成 PCR 扩增。当 PCR 试剂位于反应管底部时，由于温度较高，DNA 双链变性形成 DNA 单链；当 PCR 试剂流动至反应管顶部时，在较低温度条件下，PCR 试剂中的引物与 DNA 单链特异性结合，即退火过程；随后 PCR 试剂下沉，在反应管中部时，DNA 聚合酶完成延伸反应。这样，液体进行一次对流便可完成 PCR 反应的一个循环。
图 2 所示为一水平对流扩增的毛细管 PCR 反应器，内表面光滑的毛细管体积为 ~40 µL，外径为 3.3 mm，内径为 1.7 mm，长度为 19 mm 。为确保毛细管内壁平滑度，满足光学检测的透明度，毛细管由聚碳酸 ( polycarbonate ) 通过注塑成型制成。
一旦从水平毛细管的一端用固定的温度加热，则沿毛细管水平方向会产生稳定的温度梯度；此时就可以诱导反应物在水平反应器的热区和冷区之间进行来回连续循环，从而促进有效的 PCR 热循环。
图 2 用于水平对流扩增的毛细管PCR反应器
为验证上述方案可行性，作者开发了一个简易的平台来执行实时水平对流 PCR。如图 3 所示， 采用单端加热方案，用电阻加热器加热毛细管一端。热敏电阻被用于温度测量。同时，采用手机相机进行实时荧光检测。
图 3 水平对流 PCR 系统示意图
参考文献
Qiu X , Shu J I , Baysal O , et al. Real-time capillary convective PCR based on horizontal thermal convection[J]. Microfluidics and Nanofluidics, 2019, 23(3):39.
Pin C W , Hei C P , Ming M J , et al. Rapid DNA amplification in a capillary tube by natural convection with a single isothermal heater.[J]. Biotechniques, 2011, 50(1):52-57.
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