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PCR仪的组成与结构

基因扩增的技术设备由三部分构成：①模板DNA制备所需设备，主要为高速微量离心机或高速冷冻离心机；②PCR基因扩增仪；③DNA扩增结果判读和测定设备，主要有水平低压电泳仪、PCR核酸电泳槽以及紫外透射仪和DNA微量荧光计等。基因扩增仪的技术方案可归结为两大类：类方案即三容器机械手循环方案。该类设计根据恒温器的排布可分为直线型和环型两种。该方案设计的PCR仪设置三个控温及温度可调的恒温器，并且固定不动，使样品盘在微电脑控制的机械手作用下，根据PCR反应所需的保温时间，在恒温器之间停留和循环。**类方案即单容器温度循环方案。该类方案在整个反应过程中，样品在样品槽中位置不变，而通过控制样品槽温度的升降完成温度的转换、保持和循环。该类方案的设计根据加热、冷却方式的不同可分为光加热、空气流冷却型，电热丝加热、压缩机或半导体制冷器冷却型以及半导体制冷器冷却、加热型等。按照以上两种方案设计的PCR仪，根据样品槽的不同还可分为空气浴型和金属样品槽型。前者样品管架在空气浴中，通过气流的变温实现PCR热循环；后者样品管放置在金属样品槽孔中，通过金属样品槽的变温实现PCR热循环。
近年来，在上述各种方案基因扩增仪的基础上，通过结构改变又派生出各种新型的PCR仪。例如，为了防止样品管中试剂的挥发，在样品槽上加一热盖，形成了盖加热型PCR仪；为了进行原位杂交，设计能放置载玻片的样品槽，形成原位PCR仪；为了加速PCR反应、节省试剂、提高特异性，用毛细管代替离心管，形成了毛细管型快速PCR仪。总体说来，类方案的优点是：温度转换快，耗时少，变温速度可达10~C／s，因而温度转换率和DNA扩增效率均高于**类方案。温度均匀性更易保证，而且对样品管的适应能力很强，不仅能用离心管、薄壁管，而且可做新发展的毛细管PCR以及采用载玻片的原位PCR。硬件方面，因省去了制冷器，设备比较简单，降低了成本也容易控制和维修，提高了仪器的可靠性。由于PCR的退火温度通常都在42~C上，因而该方案无制冷器的缺点并不影响DNA扩增的效果和质量。该方案的不足之处是由于温度升降太快，可能影响聚合酶的活性。此外由于省去制冷器，使温度下限受到环境温度的限制，温度程序的灵活性小，仪器体积较大。**类方案的优点是由于引进了制冷器而易于变温，从而增加了温度变换程序的灵活性，仪器体积也比较小。主要缺点是由于在一个容器中进行温度循环，温度转换率将受到限制，且温度均匀性和运行效率均不如方案。在硬件方面，如果采取压缩机制冷将增加体积和成本；采用半导体制冷器(帕尔帖元件)，则由于热应力作用于帕尔帖元件焊接面，经多次循环将导致焊接面开裂而损坏。新近发展的空气浴、流体冷却、毛细管快速PCR仪，由于采用毛细管作样品管，利用高速气流强制冷却，在提高温度转换率和温度均匀性方面提出了新的措施。
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