PCR仪的结构,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*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**,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*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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