人類對“更快，更強”的追求，絕不僅限于比賽場上，實驗室也不例外。

40個循環 < 10分鐘，號稱史上最快實時定量PCR系統的xxpress在生物通2014年十大創新產品評選中遇冷并不意外，因為太新，資料少。但生物通編輯力排眾議將其列入十大創新產品之一，因為其創新之處確實令人眼前一亮，絕對值得往下看。

升降溫速率，一向是各品牌熱循環系統（PCR/qPCR儀）宣傳戰中的頭牌參數，因其本職工作就是在變性/退火/延伸3個溫度之間往復循環。升降溫速率10℃/sec，xxpress固然很快，比主流品牌（最高升降溫速度5-6℃/sec左右）確實快，為啥人家40個循環下來至少都要35-40多分鐘，xxpress只要10分鐘呢？再說咱還聽過最快15℃/sec的呢，那個做40個qPCR循環至少還得25分鐘，為啥xxpress只要10分鐘呢？原來里面大有玄機！xxpress超高速循環主要因素，并非單純因為升降溫速率10℃/sec。

PCR/qPCR反應都是由升溫變性，退火，延伸3個步驟循環組成。一般qPCR設計每步需要保持20-30秒或以上。以前一直就覺得奇怪，以最費時間的延伸步驟為例，qPCR擴增子通常就100多200bp大小，對于合成效率20-30秒/kb的Taq聚合酶來說5-6秒已經足夠從頭到尾合成一輪，多余的時間又不能干別的，為啥設計上要停留20-30秒呢？解鏈變性和退火這兩步單純熱力學不涉及酶反應的，200bp不到的片段更是應該就幾秒就夠了，哪需要糾纏20-30秒那么久？原來——

PCR/qPCR一個循環周期時間取決于：
• 升降溫速率
• 達到目標溫度的溫度過沖
• 穩定時間（傳統Peltier系統的溫度過沖的穩定時間約需要15－20sec。）
• 停留時間 （這才是反應真正需要的時間）

傳統96孔/48孔熱循環儀都有個“基座”，熱循環的每個周期，Peltier產生的熱量是通過熱量梯度的層層傳遞，從發熱板到金屬基板，再到基座金屬孔，再通過厚度至少達200um以上的樣品管壁，才能傳遞到液體試劑的。這種內在的層層傳遞降低了熱傳遞的效率。要加熱得更快，就需要更大的熱量梯度，溫度準確性和熱均一性就更差。

為解決這個難題，那可是各出奇招。曾記否，當年高端大氣上檔次的黃金基座/純銀基座？雖然銀有著優異的導熱性，可整個銀基座質量過大，要改變整個基座溫度所需耗費能量必然就更高，需時就長。傳統Peltier系統的溫度過沖的穩定時間約需要15－20sec。癥結在此。

當遵循熱力學法則的Peltier系統趨于接近熱性能極限，平衡已經向另一邊傾斜：降低熱質量，升降溫所需耗費的能量更少，加熱或者降溫更容易響應也更快。本來要加熱降溫的只是那么一點點體積的試劑么。

xxpress拋棄了基座。但保持了大家熟悉的24/48/96孔陣列模式。就像Nanodrop拋棄比色皿，徹底改寫分光光度計。

xxpress使用樣品板直接加熱——200um厚的鋁制xxplate板僅有幾克重，它既是一次性使用樣品板，本身又是一個復雜的多區域加熱元件，電流流經xxplate時進行直接加熱。xxplate內覆10μm厚的聚丙烯膜，液體樣品與加熱面只相隔這10μm厚的膜，熱量可直接地傳遞到樣品，這是提高樣品加熱準確性的關鍵因素。（等等，能不能用常規耗材96孔板？耗材得多貴？別急，后面算賬給你看）

沒有基座，只有又輕又薄的樣品板直接加熱內里微量的樣品，總的熱質量少得多了，升降溫所需耗費的能量就少多了，加熱或者降溫當然更容易更快。在xxpress系統，每個循環的升降溫過程中的溫度過沖<0.5°C，穩定時間<0.5秒，幾可忽略不計，單一個循環就可以節省數十秒到1分鐘時間。

整個循環過程升降溫速率10°C/秒，不僅僅是最大升降溫速率10°C/秒

采用200μm厚、幾克重的反應板作為電阻加熱元件，形成極低電壓電路回路，可以直接傳遞準確的熱量。加上熱質量超低，熱傳導效率高，整個循環過程升降溫速率都能達到10°C/秒。

控溫精度

xxpress有9個非接觸式高精度紅外傳感器陣列，用于測量整塊反應板的溫度，業界唯一，無人能及。這種與英國國家物理實驗室合作開發的溫度測量和校準系統，將溫度測量精度的重復性提高到±0.05°C。而傳統的Peltier系統一般僅使用少數（2-3）的熱電偶測量金屬模塊的溫度。

xxpress在循環全程實時測量溫度，根據溫度響應，控制算法決定加熱模式，和產生所需的熱量。xxplate板通過不同的電流路徑和不同的加熱模式，可實現分區域加熱控制，還有多區域控制多個獨立的空氣射流裝置控制冷卻，使得快速升降溫而不影響溫度的均一性。

這種熱控制是快速動態的，控制算法以100次/秒頻率調整加熱模式。系統提供的溫度準確性好于±0.1°C；溫度均一性好于±0.3°C（測量針對反應板而非金屬基座）。

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溫度過沖

前面提及基座的質量大和層層熱傳遞效率低，使得Peltier系統的溫度過沖的穩定時間約需15－20秒。在xxpress系統，每個循環的升降溫過程中的溫度過沖<0.5°C，穩定時間<0.5sec，幾可忽略不計。因而在循環每一步都幾乎無溫度過沖調整，無需溫度穩定時間，能大大縮短停留時間。每步驟節省15-20秒，每個循環可節省40多秒，40個循環下來就很可觀了。你看，xxpress超高速循環并非單純靠升降溫速率高來實現。

溫度均一性

xxpress系統在循環全程實時測量溫度，所有樣品的溫度均一性在快速升降溫時好于±0.8°C，靜態溫度好于±0.3°C。這樣的控溫精度，即使在升降溫時確保所有樣品相同的溫度；確保樣品之間，實驗批次之間一致的和可比較的結果。而傳統的Peltier系統的內在設計和溫度測量方式，決定了其孔間差異和邊緣效應，不必再啰嗦。

xxplate

鋁制基板表面覆蓋超薄的聚丙烯層，保證樣品的完整性。
3種板型，24孔，54孔和96孔，孔與孔為標準間距，可以使用標準的移液系統。
無需更換任何硬件，即可更換使用不同板型。
可以將不同尺寸的孔（1μL－500μL）做在一塊板上，也不會影響其性能

板型   樣品量
24孔  5-40μL
54孔  5-15μL
96孔  1-5μL

消耗品太貴？XXplates專用耗材是比常規96孔板貴。鋁制基板表面覆超薄膜，單板報價達到10美元多點（折扣？砍吧，你懂的）。比10來塊錢的普通全塑板貴。不過因為反應體積縮小，能節約試劑，例如5μL體積相比20μL，試劑成本能削減75%，可達到比原來更節省的目的。他家網站還有個計算工具呢。

考慮一下：
1. 10分鐘內就能完成一輪定量，別人1小時剛做1輪半，你都能做完5輪反應了，一臺機器能頂人家好幾臺呢，這才是真正省了大頭費用呢，一臺機器可是幾萬美金。
2. 沒有基座，更換不同板型是就不用換基座那么麻煩，更無需另外購買基座，一塊基座得好幾千呢；
3. 無需維修成本——要知道，基座可算是熱循環儀里的“事故多發區”，維修工程師們最清楚了；花錢不算還耽誤時間呢；
4. 沒有邊緣效應，xxplates每個孔都能安心用上，普通的96孔未必呢；還有縮小反應體積所節省的試劑費用呢！這樣想，是不是其實更省錢？

其他你可能感興趣的參考信息

熒光檢測系統：最多5個熒光通道同時檢測，適用于大多數染料和探針。

系統：xxpress是一個開放的平臺，支持現有的所有實時PCR檢測化學，包括DNA結合染料，水解探針，雜交探針，以及其他檢測化學如分子信標和蝎子引物。

硬件：xxpress是完全獨立的系統，使用觸摸屏，內置計算機，不需外聯。升降溫速率可調，最高為10°C/sec。LED的壽命比儀器壽命長。除濾光片輪外，xxpress光學系統部件在運行時無移位。

軟件：xxpress軟件可以安裝在任何類型和任何數量的計算機上，通過廠家隨機提供的U盤安裝。xxpress軟件是多用戶的，提供密碼保護，xxpress運行文件很小（200－500 KB，40個循環），可以導出數據為多個*.CSV文件，可用于其他的分析軟件。目前系統不支持掃描條形碼。希望未來免費升級的軟件包括這項應用。可實行遠程的實驗計劃和結果分析，提高xxpress的利用率。

儀器價格和主流定量PCR儀價格相當。遺憾的是這機器目前不帶HRM功能。不帶梯度。另外還有要留意的，除了專用板，首次購買需同時購買專用封膜機和離心機。因為太新的了，暫時沒啥文獻可查，好在基因有限公司提供Demo樣機，有興趣的帶樣品可以去試用。

關于廠家背景，BJS公司建立于1945年，是一家英國的家族企業，提供高質量的精密電鑄，電鍍，銀器（包括英國皇室使用的銀器）和工業應用的精密電鑄部件。1991以來，BJS一直是世界領先的銀質熱交換模塊生產商，用于快速PCR儀，是第三代掌門人BJS主席Richard Lewis研發的。BJS公司在1996成立BJS 生物技術公司，創造發展超高速熱循環技術并將其應用于PCR。BJS 生物技術公司已被選定為參加由英國首相辦公室直接發起“創新英國”活動的公司之一。

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