什么是PCR?

聚合酶鏈式反應 (polymerase chain reaction，PCR) 是一種廣泛用于快速制備數(shù)百萬至數(shù)十億份特定DNA樣本的方法，使科學家能夠充分放大非常小的DNA樣本（或其一部分），以便進行詳細研究。PCR 是基因檢測和研究中使用的許多程序的基礎，包括古代DNA樣本的分析和傳染源的鑒定。使用PCR，極少量DNA序列的副本在一系列溫度變化循環(huán)中呈指數(shù)擴增。PCR是醫(yī)學實驗室研究中不可或缺的技術，其應用范圍廣泛，包括生物醫(yī)學研究和刑事取證。

PCR是1983年由美國生物化學家Kary Mullis在Cetus公司發(fā)明的，Mullis和生物化學家Michael Smith于1993年共同榮獲諾貝爾化學獎。

PCR原理

大多數(shù)PCR方法依賴于熱循環(huán)。熱循環(huán)使反應物經歷重復的加熱和冷卻循環(huán)，以允許不同的溫度依賴性反應，特別是 DNA熔化和酶驅動的DNA復制。PCR使用兩種主要試劑：

1）引物primers：短的單鏈DNA片段，稱為寡核苷酸 (oligonucleotides)，是與目標DNA區(qū)域互補的序列

2）DNA聚合酶 (DNA polymerase)

通常，PCR由一系列20-40次重復的溫度變化組成，稱為熱循環(huán)，每個循環(huán)通常由兩個或三個離散的溫度步驟組成（見下圖）。在每個循環(huán)中使用溫度和時間長度取決于各種參數(shù)，包括用于DNA合成的酶、反應中二價離子和dNTP的濃度以及引物的熔化溫度。

PCR實驗中，首先DNA雙螺旋的兩條鏈在高溫下物理分離，這一過程稱為核酸變性 (nucleic acid denaturation)。

PCR第二步，降低溫度，引物與DNA的互補序列結合。 然后，兩條DNA鏈成為DNA聚合酶的模板，以酶促方式從游離核苷酸（DNA的組成部分）組裝出新的DNA鏈。 隨著PCR的進行，產生的DNA本身被用作復制模板，引發(fā)連鎖反應，原始DNA模板呈指數(shù)擴增。

下圖：PCR中反復的加熱和冷卻循環(huán)

PCR污染

PCR是一種極其敏感的技術，研究人員可以從幾個初始拷貝中產生數(shù)百萬份特定DNA序列。雖然這種靈敏度非常有用，但它也有缺點。如果來自實驗室環(huán)境的DNA片段，例如在以前的PCR實驗中擴增的DNA模板，進入PCR反應或試劑，即使數(shù)量很小，也可以在反應過程中擴增。這種污染和非特異性擴增可能導致誤導性結果，如假陽性。如果你是PCR實驗的新手，那么很難發(fā)現(xiàn)污染問題，也很難避免或降低污染風險。DNA污染一旦發(fā)生就無法減少或消除。

因此，為了防止污染，在進行PCR實驗時可以先用紫外線照射。DNA的紫外線照射會導致嘧啶二聚體的形成，從而阻止它們成為后續(xù)PCR中的有效模板。通過紫外線照射，可以將聚丙烯微量離心管中的HIV DNA模板減少1000倍以上。引物的靈敏度取決于序列和濃度。具有相鄰胸腺嘧啶堿基的寡核苷酸比沒有的寡核苷酸更容易受到紫外線的影響。Taq聚合酶對紫外線高度敏感，而脫氧核苷酸三磷酸相對抗紫外線。

紫外交聯(lián)儀用于消除PCR污染

紫外交聯(lián)儀是一個多用途的智能紫外照射系統(tǒng)，上海析浦科學儀器研發(fā)的紫外交聯(lián)儀XEPU-1208系列和XEPU-1215系列都可以用于消除PCR污染。

XEPU-1208系列配備6根8瓦燈管，輻照室面積32 x 26 x 15cm。

XEPU-1208紫外交聯(lián)儀產品介紹：析浦8瓦紫外交聯(lián)儀XEPU-1208

XEPU-1215系列提供6根15瓦燈管，功率更大，且輻照室面積更大，44 x 34 x 15cm。可同時照射更多樣品，實驗效率更高。

XEPU-1215紫外交聯(lián)儀產品介紹：析浦15瓦紫外交聯(lián)儀XEPU-1215

下圖：析浦8瓦紫外交聯(lián)儀XEPU-1208，配有智能傳感器、紫外防護板和大讀數(shù)顯示屏。

Reference:

Saiki RK, Scharf S, Faloona F, Mullis KB, Horn GT, Erlich HA, Arnheim N (December 1985). "Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia". Science. 230 (4732): 1350–54.

Saiki RK, Gelfand DH, Stoffel S, Scharf SJ, Higuchi R, Horn GT, et al. (January 1988). "Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase". Science. 239 (4839): 487–91.

Use of UV irradiation to reduce false positivity in polymerase chain reaction, C Y Ou, J L Moore, G Schochetman