PCR儀的基本原理與分類

簡單的說，PCR就是利用DNA聚合酶對特定基因做體外或試管內In Vitro的大量合成，基本上它是利用DNA聚合酶進行專一性的連鎖復制。目前常用的技術，可以將一段基因復制為原來的一百億至一千億倍。根據DNA擴增的目的和檢測的標準，可以將PCR儀分為普通PCR儀，梯度PCR儀，原位PCR儀，實時熒光定量PCR儀四類。

基本要素

基本的PCR須具備

1.要被復制的DNA模板 Template

2.界定復制范圍兩端的引物Primers.

3.DNA聚合酶Taq. Polymearse

4.合成的原料（四種脫氧核苷酸）及水。

工作原理

利用升溫使DNA變性，在聚合酶的作用下使單鏈復制成雙鏈，進而達到基因復制的目的。

反應步驟

分別是1. Denaturation 2. Annealing of primers,3. Extension of primers。 所謂 Denaturing乃是將DNA加熱（至90~95℃）變性， 將雙股的DNA加熱后轉為單股DNA以做為復制的模板. 而Annealing 則是令 Primers于一定的溫度下（冷卻至55~60℃）附著于模板DNA兩端。 最后在DNA聚合酶e.g. Taq-polymerase 的作用下（加熱至70~75℃）進行引物的延長 Extension of primers及另一股的合成。

PCR的最早設想核酸研究已有100多年的歷史，二十世紀60年代末、70年代初人們致力于研究基因的體外分離技術，Korana于1971年最早提出核酸體外擴增的設想：“經過DNA變性，與合適的引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，并不斷重復該過程便可克隆tRNA基因”。

實現

1985年美國PE-Cetus公司人類遺傳研究室的Mullis 等發明了具有劃時代意義的聚合酶鏈反應。其原理類似于DNA的體內復制，只是改進與完善Mullis最初使用的DNA聚合酶是大腸桿菌 DNA 聚合酶 I 的Klenow片段，其缺點是：

①Klenow酶不耐高溫， 90℃會變性失活，每次循環都要重新加。

②引物鏈延伸反應在37℃下進行，容易發生模板和引物之間的堿基錯配，其PCR產物特異性較差，合成的DNA片段不均一。此種以Klenow酶催化的PCR技術雖較傳統的基因擴增具備許多突出的優點，但由于Klenow酶不耐熱，在DNA模板進行熱變性時，會導致此酶鈍化，每加入一次酶只能完成一個擴增反應周期，給PCR技術操作程序添了不少困難。這使得PCR技術在一段時間內沒能引起生物醫學界的足夠重視。

1988年初，Keohanog改用T4 DNA聚合酶進行PCR，其擴增的DNA片段很均一，真實性也較高，只有所期望的一種DNA片段。但每循環一次，仍需加入新酶。

1988年Saiki 等從溫泉中分離的一株水生嗜熱桿菌thermus aquaticus 中提取到一種耐熱DNA聚合酶。 此酶具有以下特點：①耐高溫，在70℃下反應2h后其殘留活性大于原來的90%，在93℃下反應2h后其殘留活性是原來的60%，在95℃下反應2h后其殘留活性是原來的40%。②在熱變性時不會被鈍化，不必在每次擴增反應后再加新酶。③大大提高了擴增片段特異性和擴增效率，增加了擴增長度2.0Kb。由于提高了擴增的特異性和效率，因而其靈敏性也大大提高。為與大腸桿菌多聚酶IKlenow片段區別，將此酶命名為TaqDNA多聚酶Taq DNAPolymerase。此酶的發現使PCR廣泛的被應用。

分類

普通的PCR儀

把一次PCR擴增只能運行一個特定退火溫度的PCR儀，叫傳統的PCR儀，也叫普通PCR儀。如果要做不同的退火溫度需要多次運行。主要是做簡單的，對目的基因退火溫度的擴增。該儀器主要應用于科研研究，教學，醫學臨床，檢驗檢疫等機構。

梯度PCR儀

把一次性PCR擴增可以設置一系列不同的退火溫度條件（溫度梯度），通常有12種溫度梯度，這樣的儀器就叫梯度PCR儀。因為被擴增的不同DNA片段，其最適退火溫度是不同的，通過設置一系列的梯度退火溫度進行擴增，從而一次性PCR擴增，就可以篩選出表達量高的最適退火溫度，進行有效的擴增。主要用于研究未知DNA退火溫度的擴增，這樣節約成本的同時也節約了時間。主要用于科研，教學機構。梯度PCR儀，在不設置梯度的情況下也可以做普通PCR擴增。具有雙槽梯度的不多，領成具備此功能。

原位PCR儀

用于從細胞內靶DNA的定位分析的細胞內基因擴增儀，如病源基因在細胞的位置或目的基因在細胞內的作用位置等。是保持細胞或組織的完整性，使PCR反應體系滲透到組織和細胞中，在細胞的靶DNA所在的位置上進行基因擴增，不但可以檢測到靶DNA，又能標出靶序列在細胞內的位置，于分子和細胞水平上研究疾病的發病機理和臨床過程及病理的轉變有重大的實用價值。

實時熒光定量PCR儀

在普通PCR儀的基礎上增加一個熒光信號采集系統和計算機分析處理系統，就成了熒光定量PCR儀。其PCR擴增原理和普通PCR儀擴增原理相同，只是PCR擴增時加入的引物是利用同位素、熒光素等進行標記，使用引物和熒光探針同時與模板特異性結合擴增。擴增的結果通過熒光信號采集系統實時采集信號連接輸送到計算機分析處理系統得出量化的實時結果輸出。把這PCR儀叫做實時熒光定量PCR儀(qPCR儀）