这是广州实验室呼吸健康科普系列的第8篇作品
你是否曾在医院焦虑等待，
刷着“癌症起步”的帖子而备受煎熬？
你是否曾经在深夜疼痛难忍，
却要等待数小时的检查结果，
甚至耽误了黄金治疗时间？
这样的等待困局，
在医疗场景中并不少见，
患者和医生都在焦虑中与时间赛跑。
而在传染病防控中，
病毒更是以分秒为单位扩散，
每一分钟的延迟，
都可能意味着更多的感染与更重的病情。
为此，科学家们一直在探索：
我们如何能够快速准确地检测出疾病，
以便对症下药，避免进一步恶化？
而如今，
我们迎来了一个强有力的“加速器”
——超快速qPCR扩增仪。
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广州实验室徐强教授
及其团队研发的超快速qPCR扩增仪二代机
PCR，
灵光一现的诺贝尔化学奖
qPCR（Quantitative Real-time PCR），全称“实时荧光定量聚合酶链式反应”，是在传统PCR基础上发展起来的一项用于检测病原体核酸的技术。
时间倒回1983年的一个夜晚，在美国加州的高速公路上，一位名叫Kary Mullis的化学家正开车前往乡间小屋度过周末。
看着蜿蜒的公路上，一个念头突然在Mullis脑中闪现：如果把DNA双链比作盘山公路，引物比作汽车，那是不是可以通过反复的“变性-退火-延伸”循环，指数级地扩增特定DNA片段？
这个“疯狂想法”，就是后来彻底改变分子生物学的聚合酶链式反应（PCR）。Mullis也因该成果与迈克尔·史密斯共获1993年诺贝尔化学奖。
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Kary Mullis（1944-2019）
PCR的核心原理，可以比作一台高精度的“核酸复印机”，当我们把样本放入仪器后：
1
高温“拆书”
温度升至95℃左右，双链DNA被“拆开”，变成两条单链。
2
低温“标记”
温度降至60℃左右时，一种叫做“引物”的短片段核酸找到并结合到单链DNA的特定位置，标记出复制的起点。
3
中温“复印”
在一种名为DNA聚合酶的生物催化剂的作用下，以单链DNA为模板，合成出全新的互补链，完成一次复制。
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PCR工作原理
这个过程称为一个“循环”。每经过一个循环，目标DNA的数量就翻一倍。经过30个循环，原本微量的DNA就能被扩增到十亿倍以上，从而被仪器灵敏地检测到。
然而，传统的PCR只能在反应结束后“开盖”分析产物。这不仅操作繁琐、容易污染，而且只能做半定量——因为在扩增后期，反应会进入“平台期”，产物量与起始模板量不再成比例。
1992年，日裔科学家Higuchi对PCR技术进行改进，通过向体系中加入名为溴化乙锭的荧光染料，并实时监测荧光强度，成功实现了对扩增过程的“全程监控”——qPCR就此诞生。
1996年，ABI公司推出了世界上第一台商业化qPCR仪——7700型，标志着qPCR技术正式登上历史舞台。
相较于花费几天乃至几周培养病原体以进行检测的方法，qPCR将检测时间缩短至几个小时。而相较于通过涂片染色显微镜观察，qPCR无需担心病原体含量低而导致漏筛的问题。因此，这一技术在今天的病原体检测中获得了广泛应用。
“超快速”qPCR，
持续进化中
尽管qPCR技术因其高灵敏度、高特异性和可定量能力被誉为核酸检测的“金标准”，但在大型传染病防控中，检测速度依然是关键瓶颈。
过去，它的限制主要在于温度循环的速度。PCR过程需在不同温度之间反复切换，过程就像烧开水：传统的“烧水壶”使用金属块传导热量，把冷水加热到沸腾。而让沸水回温则依赖被动散热或风扇吹拂，效率低下。这种物理限制，严重制约了检测通量与应急响应能力。
广州实验室徐强教授团队研发的“超快速qPCR扩增仪”，正是从底层原理出发，为核酸检测带来实现“快而精准”的革命性跃升：
Part.1
材料革命：采用导热性能远超传统金属的新型复合材料，给样本装上了“高速热通道”，热量瞬间直达反应液每一微升。
Part.2
电路精控：自研高速控温电路系统，能量输入与释放毫秒级响应，实现“秒级沸腾、秒级冷却”，升降温速率提升10倍以上。
Part.3
AI算法优化：引入人工智能动态调控温控曲线，在极速切换中仍能精准维持每个温度平台的稳定性，确保扩增反应不受干扰。
这三者的结合，使单次温度循环从数分钟缩短至数秒钟，可实现最快5分钟内完成45次循环，效率较传统qPCR提升20倍。
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温度循环效果比较：加快升降温，提升单位有效时间
与此同时，超快速qPCR的迅猛提速并不因此牺牲精准度，而是在多个维度的性能上实现全面领先：
1
精准可靠：核酸检测“金标准”地位不动摇
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仪器通过柔性反应体系设计与温控稳定性保障，在超高速运行下依然维持行业领先的检测下限，尤其适用于低病毒载量样本（如早期感染、无症状携带者）。
2
通量灵活：独立四通道，“随到随检”
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仪器在设计上支持独立四通道并行检测，互不干扰。因此，无需凑样、无需排队，病人样本一到，就可以即时上机检测。单台设备8小时内可处理200+样本，大幅提升门诊、社康、口岸等场景的筛查效率。
3
成本优势：速度即经济成本，更是生命成本
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提速不仅降低仪器能耗与试剂损耗，更能大幅缩短患者等待时间、减少交叉感染风险、助力早诊早治——这是无法用金钱衡量的生命成本节约。通过原研技术与供应链整合，团队实现了“高性能+低售价”，让精准诊断真正“用得起”。
4
操作便捷：“一键启动”，非专业场景也能用
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简化至极致的操作流程，使社区卫生站、海关、机场甚至移动方舱都能部署使用，为突发公卫事件构建“现场即实验室”的快速响应网络。
就在去年的基孔肯雅热疫情中，超快速qPCR技术发挥了重要作用。血清样本提取仅需15分钟，核酸扩增缩短至12分钟，全流程检测时间压缩至30分钟以内，较传统3-5小时的检测时长实现了指数级飞跃，获得人民日报健康端报道。
目前，团队正全力攻关96通量一体化超快速qPCR平台，目标将全流程检测时间进一步压缩至5分钟。这意味着，未来在发热门诊，患者挂号后喝杯水的工夫，就能拿到确诊报告——速度、通量、灵敏度、特异性、成本、易用性，六维合一。
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超快速qPCR扩增仪的目标——六边形战士
我们期待怎样的
疾病检测未来？
在分秒必争的医疗前线，
检测不仅是技术问题，更是生命赛跑。
当然，“快”不只看仪器跑的时间，
还有样本运送、报告出具等各个环节。
一个完整的检测周期（TAT）
包括采样→运送→前处理→上机→分析→报告。
因此，POCT（床旁快速检测）是理想目标
——采样点即检测点，结果立等可取。
这也是科学家们日夜攻坚的方向：
如何让检测流程自动化，
如何让仪器轻量化，
实现速度、精度与低成本的统一，
最终让每个人都能用上这样的仪器，
让疾病无处遁形。
相信就在不久的将来，
当周杰伦还在问“能不能给我一首歌的时间”时，
你便已经能拿到检测报告，
将潜伏的病毒扼杀于萌芽状态了。
作者：徐强团队 广州实验室
主办单位：广州实验室、广东省呼吸与健康学会
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