PCR反应可扩增微量样本中的DNA，帮助研究人员详细研究病原体。控制这些反应发生的温度至关重要。然而，使用依赖与样本接触的传统温度计测量温度面临诸多挑战。设备必须能够快速制备新样本以最大限度地利用资源，而直接接触式方法无法实现这一点，并且会影响测量精度。此外，直接接触还会带来样本间交叉污染的风险。另外，温度传感器必须经过精确校准。
为了帮助实验室设备制造商克服这些挑战，Melexis开发了远红外传感器，例如通孔式MLX90614和表面贴装式MLX90632。这些传感器经过出厂校准，旨在即使在噪声较大且温度动态变化的环境中也能保持高精度。

PCR分析中的温度控制：
PCR分析包含三个步骤，首先是高温变性。该步骤在94–98°C下进行，目的是将DNA双螺旋结构切割成两个单链DNA模板分子。接下来是退火步骤，DNA引物分子被强制选择性地与两个DNA模板分子结合。必须精确控制温度以确保引物正确结合。最后阶段称为延伸，通常在72°C下进行。在此步骤中，溶液中的核苷酸（DNA/RNA的组成单元）与模板和引物反应，生成双链分子。
这三个步骤共同将一个DNA分子转化为两个双链分子（图1）。重复此循环，每次使分子数量翻倍，即可快速产生大量分子（例如，40个循环后将产生2^40 = 1,099,511,627,776个分子），从而便于后续其他方法的检测。

非接触式温度检测

热循环仪是用于进行温度敏感型生化反应的关键设备。每个热循环仪都包含一个或多个加热模块，模块上设有开口，用于插入装有试剂的试管。热循环仪会按照预设的温度程序对试管进行加热，并可实现快速、精确的温度扫描。某些型号的热循环仪允许在加热模块上设置可控的温度梯度，使不同的样品暴露于不同的温度下。此功能主要用于研究阶段，以优化温度循环中的某些关键步骤。
精确的温度控制取决于传感器输入的准确性。当样品频繁更换时，制造商很难使用直接接触法可靠地测量试管的温度。在这种情况下，红外传感器通过实现非接触式温度测量，提供了显著的优势。此外，避免直接接触还能大大降低样品间交叉污染的风险。

出厂校准的传感器，例如 MLX90614，可轻松集成到热循环仪中。该传感器即插即用，用户无需校准即可立即开始工作。MLX90614 提供多种视场角 (FoV) 选项，包括 90°、35°、12°、10° 和 5°。缩小视场角可以增加传感器与样品之间的最大距离。
随着设备便携性和易用性的发展趋势，表面贴装式 MLX90632 凭借其超小的尺寸优势，显著降低了设备的尺寸和重量。该传感器采用 3 mm x 3 mm x 1 mm 的 QFN 封装，能够响应温度变化并保持精度和稳定性。这些传感器的微型化也便于集成到传感阵列中，从而实现多点温度控制。

通过提高热循环仪的速度和精度，MLX90632 和 MLX90614 等红外传感器在提升众多医疗领域（不仅限于抗击 COVID-19）的 PCR 检测准确性和效率方面发挥着至关重要的作用。MLX90632 的小巧尺寸使其有望在医疗点附近实现经济实惠且便携的 PCR 检测。
值得注意的是，这两款传感器的医用级版本在 35–42°C 的人体体温范围内，精度更高，可达 ±0.2°C。这些传感器非常适合用于大规模筛查系统（其窄视野可实现更远的检测距离）以及个人体温监测设备（例如可穿戴设备和贴片），这些设备需要高度小型化、高灵敏度且稳定、可重复的传感器。

结论：
近期事件凸显了准确快速诊断的必要性。小型红外传感器在帮助实验室团队满足生物样本快速分析的需求方面发挥着至关重要的作用。
最新的红外温度传感器兼具小型化和抗热干扰能力，克服了非接触式检测的主要技术挑战。这些进步带来了诸多优势，包括更高的准确性、更便捷的操作以及对PCR分析等生化过程的精确温度控制，从而提供快速可靠的诊断能力。