PCR（聚合酶链式反应）是一种用于放大扩增特定的 DNA 片段的分子生物学技术，应用十分广泛，而 THz(Tera Hertz, 太赫兹) 是波动频率单位之一，指频率在 0.1～10 THz(波长为 3000～30μm) 范围内的电磁波。二者结合起来的 THz-PCR 是一种创新型的新技术。近期国科大温州研究院 PI 张峰老师课题组在美国工程技术-材料科学类期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 杂志上发表了题为「THz-PCR Based on Resonant Coupling between Middle Infrared and DNA Carbonyl Vibrations」的文章，研究探讨了基于中红外线与 DNA 羰基振动共振耦合的 THz-PCR。

生物大分子的旋转和振动能级落在太赫兹（THz）波的能量范围内，而太赫兹波又可以通过共振耦合方式与生物分子相互作用。在过去的几十年里，THz 技术已经发展起来，通过光谱成像来区分正常组织和癌症组织，例如，通过监测 DNA 甲基化的分子共振指纹图谱来早期诊断癌症细胞。在过去几年中，太赫兹（THz）的应用对生物医学、人工智能甚至军事发展等重要领域都产生了重大影响。由于 THz 能量远低于化学键活力，功率低于 mW/cm2 的 THz 电磁波在数十分钟的照射过程中不会对角膜组织、焦点细胞、视网膜神经节细胞、皮肤成纤维细胞和脱氧核糖核酸（DNA）造成破坏性伤害，这保证了 THz 照射的安全应用。作者研究团队的合作者使用 53.53THz 激光通过与离子通道中羰基的相干共振耦合来操纵钾通道，实现了神经信号的可逆无创调节。还有其他论文报道，35.2 THz 的辐射可以与 DNA 碱基的振动共振，并引发氢键断裂，这反过来纠正了 DNA 杂交的错配率，提高了折纸结构的产率。为了了解太赫兹辐射对其他生命活动的量子效应，特别是那些最重要的生化反应，例如 DNA 复制，作者研究团队选择了 53THz 激光，以实现中红外线和 DNA 羰基之间的振动强耦合（VSC），并探究了它对体外 DNA 复制（如 PCR 反应）的影响。

准备好实验用的 DNA 和其它相关检测试剂、试剂盒等，然后进行 PCR 扩增反应，PCR 实验在柏恒科技 PCR 仪上进行（Q3200，Bio-Gener）。PCR 程序包括以下两个阶段：第一阶段之前是 95°C 下 30 秒的预变性过程，然后是八个循环，每个循环包括 95°C 的变性过程 5 秒和 62°C 的退火过程 20 秒。此外，第二阶段为 30 个循环，每个循环包括特殊梯度温度和梯度时间的变性过程以及 37°C 下的退火和延伸过程 20 秒。整个阶段使用 PCR 仪（Q3200，Bio-Gener，图 S1）进行 THz 辐照。

法医检测应用：

目标蛋白编码基因为 SOX 21，检测采用 THz PCR 和常规 PCR。首先将血染纸切成小块，浸泡处理后将上清液直接用作 PCR 检测的模板。整个阶段使用 PCR 仪（Q3200，Bio-Gener，图 S1）进行 THz 照射，另一个样品以相同的方案进行，没有 THz 照射作为对照。实验结束后进行结果分析。
 

作者研究团队中用到的 PCR 仪来自柏恒科技，Q3200 荧光定量 PCR 仪是柏恒科技创新研发的一款仪器产品，双槽设计，一机两用，产品功能强大。

使用聚合酶链反应（PCR）作为测量手段，研究团队发现 THz 照射可以将 DNA 双链体的变性温度降低约 3°C，这允许在较低温度下进行 PCR，促进长时间扩增反应而不损失酶保真度。与正常加热相比，THz 照射可以显著减少 DNA 杂交，双链 DNA（dsDNA）解链变得更容易和更快。同时，PCR 的效率和目的 DNA 的产率都得到了提高。

基于上述研究，研究团队发现 THz PCR 作为一种创新的 DNA 扩增技术，具有超高的特异性和敏感性，并成功地证明了其在法医检测中的优势。