PCR学习-浅析PCR仪的分类

浅析PCR仪的分类、应用及当前市场品牌格局

作者：佚名 来源：维库仪器仪表网 2012-10-10 23:39 阅读：442

随着生命科学研究不断的突破性发展，聚合酶链式反应（PCR）技术也得到了大力发展，重要性日渐凸显。这也使得PCR仪成为生命科学研究实验室中不可缺少的一部分。 PCR，中文称为聚合酶链式反应，其实是一种DNA的快速扩增技术，PCR技术通过两个短的称为引物的DNA小片段和一种耐热的酶的作用，可以在3个小时内把特定的DNA量提高1000万倍。PCR技术引起了分子生物学研究的一场革命，推动了微观领域的生物学研究。现在PCR仪已经被广泛地应用于生命科学研究、食品卫生、医疗、法医及环境监测等诸多方面。

PCR仪一般分为普通PCR仪、梯度PCR仪、原位PCR仪以及实时荧光定量PCR仪四类。普通PCR仪是指一次PCR扩增只能运行一个特定退火温度的PCR仪，能够应用于简单的目的基因退火温度的扩增。梯度PCR仪则是设置一系列不同的退火温度条件（温度梯度），一次性PCR扩增，就可以筛选出表达量高的最适退火温度，进行有效的扩增。梯度PCR仪主要用于快速、低成本的进行未知DNA退火温度的扩增。 原位PCR仪是用于从细胞内靶DNA的定位分析的细胞内基因扩增仪，主要用于分子和细胞水平上研究疾病的发病机理和临床过程及病理的转变。在普通PCR仪的基础上增加一个荧光信号采集系统和计算机分析处理系统，就成了荧光定量PCR仪。扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集信号连接输送到计算机分析处理系统得出量化的实时结果输出。主要用于医学临床检测，生物医药研发，食品行业，科研院校等机构。 目前在PCR仪市场中，较为有名的品牌及厂商有ABI美国应用生物公司、ROCHE罗氏诊断、MJ、伯乐等，以及国内的杭州博日、杭州朗基、上海枫岭、厦门安普利等。ABI美国应用生物公司在PCR仪市场中占据极其重要的地位，尤其是其收购了PCR仪的鼻祖PE公司，实力更为雄厚，有多款经典PCR仪。ROCHE罗氏诊断推出的PCR仪相比较而言，更具有特色，以科研定位为主。MJ的PCR扩增仪在生命科研领域比较出名，其产品比较适合高通量检测，常用于人类基因组计划等。伯乐的PCR仪则性价比相对高一些，其扩增仪上往往会加装定量模块。消费者在选购时，可根据实际需求情况，标本数量、参照每个标本要分摊的标准曲线、对照成本、试剂选择等进行综合考虑。 PCR 热盖

早期的PCR

仪是没有热盖的，通过在PCR反应液中加入石蜡油（或矿物油）来防止PCR反应液蒸发。但反应完成后石蜡油不好除干净（我做实验时是将PCR反应液与石蜡油一起冷冻，取出后用手将管捂热，石蜡油先化开，立即将石蜡油用枪吸出。但并不能完全吸干净）。

后来出现了带热盖的PCR仪，热盖的作用并不是防止蒸发，而是防止蒸发的水汽在管盖上凝结。反应液中的水份还是会有部分变成蒸汽在管中，只是不会凝结在管盖上（如果没有热盖也不加石蜡油，反应管中的水份会全都凝结在管盖上的）。

PCR仪的热盖大致可以分为以下四种：非可调式热盖、可调节式热盖、自适应式热和自动式热盖

1、非可调式热盖：即热盖并不能同时适用于高管和矮管，如AB的2720等只能用高管，用矮管得手工加铝块；

2、可调节式热盖：即热盖的高度可以手工调节，同时适用于各种高管和矮管，但压力需要自己感觉，用力过小或过大都可能会有麻烦，如MJ公司的PTC200。因为有这个问题，后来又出了力矩式可调热盖，即热盖旋转到一定力矩后内置机构打滑，从而保证一定的热盖压力。如东胜龙的黑金刚以及Biometra等。这类热盖打开前最好旋松盖，否则下一个用户如果直接下压热盖，可能造成部分PCR管变型。但很多用户会忘记松热盖。

3、自适应式热盖：即热盖自带预压紧的弹簧，通过与打开和关闭热盖的手柄机构相结合，达到压手柄时自动压紧热盖，开手柄时自动松开热盖，自适应高管和矮管，不用担心压力和没有松开热盖等问题。如东胜龙二代的ETC811型PCR仪。

4、自动式热盖：即热盖是由电机来控制的压紧与松开的。一般用于与实验室自动化相配合的PCR仪，或称为全自动PCR仪，如原MJ公司以及Biometra公司都有此类PCR仪，但价格都较高。

PCR扩增仪的热盖有什么作用？使用时应注意什么？

答：目前PCR仪通常都配备热盖，可使样品管顶部温度达到150℃左右，避免蒸发的反应液凝集于管盖而改变PCR反应体积。无需加石蜡油，减少了后续实验的麻烦。旋转加压的热盖需注意旋转压力的控制，过松则使热盖没有充分接触反应管而影响结果；过紧则会导致反应管变形，甚至可能造成热盖的机械故障。

一、 名词解释

1．PCR技术：通过加热使双链DNA解开螺旋，在退火温度条件下引物同模板DNA杂交，在Taq DNA聚合酶，dNTPs，Mg2+和合适pH缓冲液存在条件下延伸引物，重复上述过程至25-40个循环，达到体外扩增核酸序列的目的。 2．TaqDNA聚合酶：一种从嗜热水生菌（Thermus aquaticus）分离得到的热稳定DNA依赖的DNA聚合酶。

3．水浴锅PCR基因扩增仪：属于第一代PCR基因扩增仪，以不同温度的水浴锅串联成一个控温体系。

4．压缩机PCR基因扩增仪：属于第二代PCR基因扩增仪，由压缩机自动控温，金属导热。

5．Overshooting：指升温过程中，由于一些加热元件，比如半导体、金属块本身会积蓄能量，虽然温度探头探测到温度到达了设定温度，但半导体、金属块上积蓄的能量仍然会传给PCR体系，造成实际的温度高于设定的温度。 6．Undershooting：在降温过程中出现一个降温惯性，从而造成实际温度会短时间的低于设定的温度。

7．半导体PCR基因扩增仪：属于第三代PCR基因扩增仪，由半导体自动控温，金属导热。

8．离心式空气加热PCR基因扩增仪：属于第三代PCR基因扩增仪，由金属线圈加热，采用空气作为导热媒介。

9．梯度PCR仪：带梯度PCR功能的基因扩增仪，在反应过程中每个孔的温度控制条件可以在指定范围内按照梯度变化，根据结果，一步就可以摸索出最适合的反应条件。

10．原位PCR仪：带原位扩增功能的基因扩增仪。

11．原位PCR技术：即在细胞内进行PCR扩增，组织细胞的形态不被破坏，是原位杂交与PCR技术结合而形成的新技术。

12．荧光实时定量PCR技术：在PCR反应体系中加入特异性的荧光染料或探针，通过检测荧光信号，实时监测整个PCR反应过程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析。

13．位置的边缘效应：指PCR基因扩增仪最外周的样品孔温度与中间的样品孔有差异，不均一，从而导致外周样品孔的PCR扩增效率不佳，该效应称为“位置的边缘效应”。

14．模块温控模式：仪器根据探测器直接探测承载样品金属基座的温度进行控制，该模式适用于长时间的静态孵育，如连接、酶切、去磷酸化等。 15．反应管温控模式：仪器根据探测器所探测到的温控模块的温度由计算机计算出样品管内或PCR板孔内样品液的温度来进行控制。 三、简答题

1．什么是聚合酶链反应（PCR）技术？

答：PCR技术的本质是核酸扩增技术，通过加热使双链DNA解开螺旋，在退火温度条件下引物同模板DNA杂交，在Taq DNA聚合酶，dNTPs，Mg2+和合适pH缓冲液存在条件下延伸引物，重复上述“变性→退火→引物→延伸”过程至25-40个循环，呈指数级扩大待测样本中的核酸拷贝数，可以在体外对目的核酸进行大量复制。

2．PCR基因扩增仪的工作关键是什么？经历了怎样一个发展过程？ 答：PCR基因扩增仪工作关键是温度控制。

其发展过程为：水浴锅PCR仪属于第一代PCR基因扩增仪，以不同温度的水浴锅串联成一个控温体系；压缩机PCR仪属于第二代PCR基因扩增仪，由压缩机自动控温，金属导热，控温较第一代PCR基因扩增仪方便；半导体PCR仪属于第三代PCR基因扩增仪，由半导体自动控温，金属导热，控温方便，体积小，相对稳定性好；离心式空气加热PCR仪属于第三代PCR基因扩增仪，由金属线圈加热，采用空气作为导热媒介，温度均一性好，各孔扩增效率高度一致。

3．PCR基因扩增仪按照变温方式的不同可分哪几类？分别有什么特点。 答：PCR基因扩增仪按照变温方式通常有以下三类：

（1）水浴式PCR仪：变温快、时间准、温度均一，但体积大，自动化程度不高。

（2）变温金属块式PCR仪：通过半导体加热和冷却，并由微机控制恒温和冷热处理过程。装置比较牢固耐用，温度变换平稳，有利于保持Taq DNA聚合酶的活性。

二、 （3）变温气流式PCR仪：以空气作为热传播媒介，由大功率风扇及制冷设备

提供外部冷空气而制冷。成本较低；安全程度高。微机配上软件，可灵活编程。 4．什么是梯度PCR仪？它有什么优点？