在来势汹汹的严峻疫情面前，红外热像仪、CT、PCR等检测设备成为疫情防控和筛查的重要手段。对此，很多仪器公司表现出了其强烈社会责任感，加班加点生产新冠状病毒检测仪器增援疫区。
苏州浪声科学仪器有限公司做国产科学仪器行业的先行者，深耕仪器行业8年，也通过请教行业人员以及医疗人员，向大家分享一些有关肺炎检测仪器方面的知识，希望你有所收获。
本期分享PCR技术
01
PCR技术简史
人类对于核酸的研究已经有100多年的历史。20世纪60年代末70年代初，人们致力于研究基因的体外分离技术。但是，由于核酸的含量较少，一定程度上限制了DNA的体外操作。
1971年
Khorana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想：经过DNA变性，与合适引物杂交，用DNA聚合酶延伸引物，并不断重复该过程便可克隆tRNA基因。
但由于测序和引物合成的困难，以及70年代基因工程技术的发明使克隆基因成为可能，所以，Khorana的设想被人们遗忘了……
1985年
美国PE-Cetus公司的Mullis等人发明了聚合酶链反应（PCR）。基本原理是在试管中模拟细胞内的DNA复制，最初采用E-coli DNA聚合酶进行PCR，由于该酶不耐热，使这一过程耗时，费力，且易出错，耐热DNA聚合酶的应用使得PCR能高效率的进行，随后PE-Cetus公司推出了第一台PCR自动化热循环仪。
1985年，Mullis在高速公路的启发下，经过两年的努力，发明了PCR（聚合酶链式反应）技术，并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文。从此，PCR技术开始走进生命科学界，应用于各大小实验室，成为生命科学实验室不可或缺的技术手段和工具，极大地推动了生命科学的研究进展。
1993年
穆利斯也因此而获得1993年的诺贝尔化学奖。生物学从此被划为两个时代：一个没有PCR，一个有PCR。
02
PCR的基本原理
基于聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction ,简称PCR）而完成的DNA模板复制的过程。在特异性引物、耐热DNA聚、dNTPs、Mg2+均存在的情况下，模拟体内DNA复制的过程，经变性、退火、延伸等一系列循环过程，使基因片段大量扩增，进而达到基因复制的目的。简单的说，PCR基因扩增仪就是一个精密的温度控制仪。
PCR原理动画
1、模板DNA的变性：
模板DNA经加热至93℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；
2、模板DNA与引物的退火(复性)：
模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；
3、引物的延伸：
DNA模板--引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链。
此次新型冠状疫情防控当中，开展病原鉴定是主要措施之一，其包括核酸检测和病毒分离。目前核酸检测最常用的是PCR技术，即一种用于放大扩增特定DN*片A**段的分子生物学技术。
核酸检测的核心，其实是反转录和聚合酶链式扩增反应。
这个过程就像复制文件，一个核酸分子作为原件，每复印一次，就会产生两倍数量的核酸分子，重复30次打印过程，就可以从1个核酸分子变为100万个核酸分子，整个过程可在一个小时内完成。科学家在打印过程中加上了发光的标签，每次打印时标签会粘在核酸分子上，但发光分子会被剪下来，随着打印的循环重复，发光分子越攒越多，通过对发光强度进行测量，就可以推算出最初的样本中有多少核酸分子。
PCR就是利用DNA聚合酶对特定基因做体外或试管内In Vitro的大量合成，基本上它是利用DNA聚合酶进行专一性的连锁复制，可以将一段基因复制为原来的一百亿至一千亿倍。
03
PCR仪的基本结构
PCR仪的基础组成主要包括加热模块、热盖、散热口与显示屏等，通过系统快速升温、恒温、快速降温、恒温等PCR循环过程，完成所有扩增流程。
04
PCR的分类
根据DNA扩增的目的和检测的标准，可以将PCR仪分为普通PCR仪，梯度PCR仪，原位PCR仪，实时荧光定量PCR仪四类。
普通PCR仪：
一般把一次PCR扩增只能运行一个特定退火温度的PCR仪，称之为普通PCR仪。如果要用它做不同的退火温度则需要多次运行。主要是用作简单的、对单一退火温度的目的基因的扩增。
主要应用于科研、教学、临床医学、检验、检疫等。
梯度PCR仪：
普通PCR仪衍生出的带梯度PCR功能的基因扩增仪。梯度PCR仪每个孔的温度可以在指定范围内按照梯度设置，一次性PCR扩增可以设置一系列不同的退火温度条件(通常12种温度梯度)。由于被扩增的DN*片A**段不同，其最佳退火温度也不同，通过梯度设置，可一次性筛选出最佳的退火温度。这样既可节省试验时间，提高实验效率，又能节约实验成本。在不设置梯度的情况下亦可当做普通的PCR用。
梯度PCR仪多应用于科研、教学机构。
原位PCR仪：
是将PCR技术的高效扩增与原位杂交的细胞定位结合起来，用于从细胞内靶DNA的定位分析的细胞内基因扩增仪，从而在组织细胞原位检测单拷贝或低拷贝的特定DNA或RNA序列。原位PCR技术的待检标本一般先经化学固定，以保持组织细胞的良好形态结构。细胞膜和核膜均具有一定的通透性，当进行PCR扩增时，各种成分，如引物、DNA聚合酶、核苷酸等均可进进细胞内或细胞核内，以固定在细胞内或细胞核内的RNA或DNA为模板，于原位进行扩增。
原位PCR仪对于在分子和细胞水平上研究疾病的发病机理和临床过程及病理的转变有着重要意义。
实时荧光定量PCR仪
在普通PCR仪设计基础上增加荧光信号激发和采集系统和计算机分析处理系统，形成了具有荧光定量PCR功能的仪器。其PCR扩增原理和普通PCR扩增原理相同，在PCR扩增时加入的引物是利用同位素、荧光素等进行标记，使用引物和荧光探针同时与模板特异性结合扩增。扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集信号连接输送到计算机分析处理系统，得出量化的实时结果输出。
荧光定量PCR仪有单通道，双通道和多通道之分。当只用一种荧光探针标记的时候，选用单通道；有多种荧光标记的时候使用多通道。单通道也可以检测多荧光的标记和目的基因表达产物，因为一次只能检测一种目的基因的扩增量，需多次扩增才能检测完不同的目的基因片段的量。多通道利于做多重PCR，实现一次检测多种目的基因的功能。
实时荧光定量PCR仪主要应用于临床医学检测、生物医药研发、食品行业、科研院校等。
05
PCR应用技术
遗传性疾病病和某些疑难病的诊断
病原体的检测
法医和刑侦鉴定
癌基因的检查
生物物种鉴定，系统进化研究
亲子关系鉴别
动植物检疫（转基因动植物检测）
基因的分享和克隆
PCR作为先进的核酸检测技术给本次疫情带来了极大的帮助。目前，PCR技术已在生命学、医学诊断、遗传工程、法医学和考古学等领域广泛应用。PCR产业方兴未艾，对于有志于开拓这个领域的国产科学仪器企业而言现在是非常好的时机。未来，PCR技术会更加快速的创新和突破，追求更高的灵敏度和更为广泛的适用性，希望国内PCR技术企业与浪声共同努力，推动我们国产科学仪器快速发展！
参考文献：
腾讯医典
《PCR的原理、分类、品牌市场分析》，科学仪器销售杂谈
《浅谈PCR在科研领域的发展历程及应用前景》，李孟琪
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