迅速かつ安価な液滴ベースのフォトニックPCRのためのプラズモニックゴールドナノフィルムベースのマイクロ流体チップ

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、核酸増幅と定量化のための強力なツールです。ただし、長いサーモサイクリング時間は、ポイントオブケア（POC）の市販のPCRデバイスの大きな制限です。ここでは、金（AU）ナノフィルムベースのマイクロ流体チップとプラズモニック光熱サイクラーを含む、急速な液滴ベースのフォトニックPCR（DPPCR）システムを開発しました。このチップは、PCRサーモサイクリング中のPDMSマイクロ流体チップの液滴蒸発を抑制するために、鉱物油を未調整ポリジメチルシロキサン（PDMS）に加えて製造されます。両面接着テープを使用したPDMSから金結合技術が適用され、オイルアドレスPDMSとゴールドナノフィルムの間の結合強度が向上します。さらに、チップの上部と下側からの2つの光発光ダイオード（LED）で励起された金ナノフィルムは、PCRサンプルの高速加熱により、100秒以内に230°Cになります。このような設計では、それぞれ7.37±0.27°C/sと1.91±0.03°C/sの平均加熱と冷却速度で、13分以内に60から95°Cの30の熱サイクルが可能になります。実験結果は、急速なプラズモニック光熱サイクラーを使用したアルコールオキシダーゼ（AOX）遺伝子のPCR増幅の成功を示し、液滴ベースのPCRのマイクロ流体チップの優れた性能を示します。

Polymerase chain reaction (PCR) is a powerful tool for nucleic acid amplification and quantification. However, long thermocycling time is a major limitation of the commercial PCR devices in the point-of-care (POC). Herein, we have developed a rapid droplet-based photonic PCR (dpPCR) system, including a gold (Au) nanofilm-based microfluidic chip and a plasmonic photothermal cycler. The chip is fabricated by adding mineral oil to uncured polydimethylsiloxane (PDMS) to suppress droplet evaporation in PDMS microfluidic chips during PCR thermocycling. A PDMS to gold bonding technique using a double-sided adhesive tape is applied to enhance the bonding strength between the oil-added PDMS and the gold nanofilm. Moreover, the gold nanofilm excited by two light-emitting diodes (LEDs) from the top and bottom sides of the chip provides fast heating of the PCR sample to 230 °C within 100 s. Such a design enables 30 thermal cycles from 60 to 95 °C within 13 min with the average heating and cooling rates of 7.37 ± 0.27 °C/s and 1.91 ± 0.03 °C/s, respectively. The experimental results demonstrate successful PCR amplification of the alcohol oxidase (AOX) gene using the rapid plasmonic photothermal cycler and exhibit the great performance of the microfluidic chip for droplet-based PCR.