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技術(shù)文章

PCR儀的組成與結(jié)構(gòu)

基因擴增的技術(shù)設(shè)備由三部分構(gòu)成：①模板DNA制備所需設(shè)備，主要為高速微量離心機或高速冷凍離心機；②PCR基因擴增儀；③DNA擴增結(jié)果判讀和測定設(shè)備，主要有水平低壓電泳儀、PCR核酸電泳槽以及紫外透射儀和DNA微量熒光計等。基因擴增儀的技術(shù)方案可歸結(jié)為兩大類：類方案即三容器機械手循環(huán)方案。該類設(shè)計根據(jù)恒溫器的排布可分為直線型和環(huán)型兩種。該方案設(shè)計的PCR儀設(shè)置三個控溫及溫度可調(diào)的恒溫器，并且固定不動，使樣品盤在微電腦控制的機械手作用下，根據(jù)PCR反應(yīng)所需的保溫時間，在恒溫器之間停留和循環(huán)。**類方案即單容器溫度循環(huán)方案。該類方案在整個反應(yīng)過程中，樣品在樣品槽中位置不變，而通過控制樣品槽溫度的升降完成溫度的轉(zhuǎn)換、保持和循環(huán)。該類方案的設(shè)計根據(jù)加熱、冷卻方式的不同可分為光加熱、空氣流冷卻型，電熱絲加熱、壓縮機或半導(dǎo)體制冷器冷卻型以及半導(dǎo)體制冷器冷卻、加熱型等。按照以上兩種方案設(shè)計的PCR儀，根據(jù)樣品槽的不同還可分為空氣浴型和金屬樣品槽型。前者樣品管架在空氣浴中，通過氣流的變溫實現(xiàn)PCR熱循環(huán)；后者樣品管放置在金屬樣品槽孔中，通過金屬樣品槽的變溫實現(xiàn)PCR熱循環(huán)。
近年來，在上述各種方案基因擴增儀的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)改變又派生出各種新型的PCR儀。例如，為了防止樣品管中試劑的揮發(fā)，在樣品槽上加一熱蓋，形成了蓋加熱型PCR儀；為了進行原位雜交，設(shè)計能放置載玻片的樣品槽，形成原位PCR儀；為了加速PCR反應(yīng)、節(jié)省試劑、提高特異性，用毛細管代替離心管，形成了毛細管型快速PCR儀。總體說來，類方案的優(yōu)點是：溫度轉(zhuǎn)換快，耗時少，變溫速度可達10~C／s，因而溫度轉(zhuǎn)換率和DNA擴增效率均高于**類方案。溫度均勻性更易保證，而且對樣品管的適應(yīng)能力很強，不僅能用離心管、薄壁管，而且可做新發(fā)展的毛細管PCR以及采用載玻片的原位PCR。硬件方面，因省去了制冷器，設(shè)備比較簡單，降低了成本也容易控制和維修，提高了儀器的可靠性。由于PCR的退火溫度通常都在42~C上，因而該方案無制冷器的缺點并不影響DNA擴增的效果和質(zhì)量。該方案的不足之處是由于溫度升降太快，可能影響聚合酶的活性。此外由于省去制冷器，使溫度下限受到環(huán)境溫度的限制，溫度程序的靈活性小，儀器體積較大。**類方案的優(yōu)點是由于引進了制冷器而易于變溫，從而增加了溫度變換程序的靈活性，儀器體積也比較小。主要缺點是由于在一個容器中進行溫度循環(huán)，溫度轉(zhuǎn)換率將受到限制，且溫度均勻性和運行效率均不如方案。在硬件方面，如果采取壓縮機制冷將增加體積和成本；采用半導(dǎo)體制冷器(帕爾帖元件)，則由于熱應(yīng)力作用于帕爾帖元件焊接面，經(jīng)多次循環(huán)將導(dǎo)致焊接面開裂而損壞。新近發(fā)展的空氣浴、流體冷卻、毛細管快速PCR儀，由于采用毛細管作樣品管，利用高速氣流強制冷卻，在提高溫度轉(zhuǎn)換率和溫度均勻性方面提出了新的措施。
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