PCR技术的种类及应用分解
pcr技术有几种
PCR技术有几种PCR(聚合酶链式反应)是一种广泛应用于分子生物学领域的技术,其原理和过程都非常重要。
PCR技术可以迅速复制DNA片段,并在实验室中进行分析和研究。
PCR技术有几种不同的变体,每一种都有其特定的应用领域和优势。
1. 标准PCR标准PCR,也被称为常规PCR或传统PCR,是PCR技术最常用的形式。
在标准PCR中,需要使用DNA模板、一对引物、四种核苷酸和DNA聚合酶。
PCR反应从一段DNA的两端引导酶链的扩张,通过多次循环反复进行,最终产生大量的DNA复制产物。
标准PCR可用于多种应用,如基因克隆、基因表达定量分析、基因突变检测等。
它是分子生物学研究中最重要且最常用的工具之一。
2. 实时定量PCR实时定量PCR(qPCR)是PCR技术的一种改进形式,可以在PCR反应过程中实时监测扩增产物的积累量。
该技术利用荧光染料或探针标记扩增产物,通过测量荧光信号的强度来确定反应体系中的DNA量。
实时定量PCR广泛应用于基因表达分析、病原体检测、药物研发等领域。
由于其高灵敏度、准确性和快速性,成为许多实验室和医学机构的首选技术。
3. 逆转录PCR逆转录PCR(RT-PCR)是用于将RNA转录为相应的DNA的技术。
逆转录PCR结合了逆转录酶的作用和标准PCR的扩增机制,可以从RNA中合成DNA,进而进行进一步的分析。
逆转录PCR在研究基因表达和分析RNA病毒等方面发挥着重要作用。
它可用于确定基因是否转录为RNA,并量化RNA的表达水平。
4. 梯度PCR梯度PCR是一种对PCR反应条件进行逐步优化的技术。
通过在反应管中创建不同温度的梯度,可以在一个PCR实验中测试多个不同条件下的扩增效果。
这有助于确定最佳的PCR条件,以提高扩增效率和特异性。
梯度PCR在优化引物和降低非特异引物扩增的干扰方面非常有用。
对于特定的PCR 反应,梯度PCR可以提供更准确和高效的结果。
综上所述,PCR技术有多种不同的变体,每一种都有其特殊的应用领域。
PCR技术的原理与应用
PCR技术的原理与应用PCR(聚合酶链式反应)技术是一种体外扩增DNA的方法,其原理是在适当的条件下,通过对DNA序列的短端引物的特异性杂交和聚合酶的扩增作用,来快速合成指定序列的DNA。
PCR技术的应用非常广泛,涵盖了医学、生物学、农业等领域。
本文将分别从原理和应用两方面详细介绍PCR技术。
1.变性:将DNA的双链分离为单链,通常是通过加热至90-95摄氏度进行变性。
高温使DNA的双链断裂,形成两条单链,用于之后的PCR反应。
2.退火:将反应体系温度降低至50-60摄氏度,加入两个引物(即DNA的扩增首尾序列),引物通过碱基对特异性杂交到DNA模板的特定区域上。
3.延伸:将温度升高至72摄氏度,引物上的聚合酶开始将引物区域上的DNA模板扩增。
由于引物的方向相对,两个引物同时在相应的模板序列两侧将DNA扩增。
通过这三个步骤的循环,可以指数级地扩增特定DNA片段,从而使其可以被快速检测和分析。
1.分子诊断:PCR技术广泛应用于临床医学中的分子诊断。
通过扩增其中一种病原体的DNA片段,可以快速诊断感染或遗传病。
例如,HIV的检测、乳腺癌的早期诊断等。
2.犯罪学:PCR技术可以对指定的DNA样本进行扩增,并通过比对DNA指纹数据库来进行罪犯的辨认。
这一技术在犯罪学中被广泛应用。
3.基因工程:通过PCR技术可以扩增特定基因,然后进行突变或重组。
这一技术在基因工程研究和基因治疗中发挥了重要作用。
4.农业:PCR技术可以用于快速检测转基因作物,对粮食和蔬菜进行品种鉴定。
同时,PCR技术还可以被用于植物病理学研究、基因组学研究等。
5.法医学:PCR技术可以通过对DNA标记位点的扩增,来对遗传证据进行鉴定。
例如,通过扩增DNA片段并与被疑犯的DNA进行比对,从而确定罪犯的身份。
总之,PCR技术是一种简便、快速和高效的DNA扩增方法。
通过合理设计引物和选择合适的参数,可以对特定DNA片段实现精确扩增。
其在医学、生物学、农业等领域都有广泛的应用,为相应领域的科研和实践提供了强有力的工具。
30多种PCR技术简单描述
1、Allele-specific PCR:等位基因特异性PCR,设计引物时选择在基因组的多态性区域,使等位基因的突变定位在(或接近)引物的3'端,在严谨的反应条件下,存在错配碱基的引物不能起始复制,而只有完全匹配的引物才能起始复制,产生的产物因此显示不同的基因型。
2、Assembly PCR(也称作Polymerase Cycling Assembly或PCA):组装PCR通过使用多个具有短重叠区的长的寡核苷酸来合成长的DNA链的方法。
通过寡核苷酸产生一条条正向或反向DNA链,而寡核苷酸的重叠区则确定链组装的顺序,因此可有选择性的产生最终的长链DNA分子。
3、Asymmetric PCR:不对称PCR,可选择性的扩增出靶DNA的一条链,从而用于测序反应或制备单链杂交探针。
反应中限制一个引物的加入量,随着这一引物的用尽,后续的扩增中另一引物延伸的产物量大大过量。
这一技术的关键是使用的限制引物的量要合适,引物量过多,则产物主要是双链DNA;引物量过少,在前几轮循环就被耗尽,结果导致单链的产量减少。
在不对称PCR的基础上发展出Linear-After-The-Exponential-PCR (LATE-PCR,线性指数PCR),使数量限制的引物比过量的引物的解链温度更高,从而维持较高的反应效率。
4、Dial-out PCRA highly parallel method for retrieving accurate DNA molecules for gene synthesis.A complex library of DNA molecules is modified with unique flanking tags(标签)before massively parallel sequencing. Tag-directed primers (标签靶向的引物)then enable the retrieval of molecules with desired sequences by PCR.5、Helicase-dependent amplification(依赖解旋酶的扩增)Similar to traditional PCR, but uses a constant temperature(恒温) rather than cycling through denaturation (变性)and annealing/extension (退火/延伸)cycles. DNA helicase, (DNA解旋酶)an enzyme that unwinds (解旋)DNA, is used in place of thermal denaturation(热变性).6、Hot start PCR:热启动PCR,是提高PCR特异性和可信度的最好的方法之一。
pcr的分类及其原理
PCR的分类及其原理PCR的主要类型包括:(1)反向PCR;(2)不对称PCR;(3)RT-PCR;(4)重组PCR(PCR体外诱变技术);(5)简并引物PCR;(6)定量PCR;(7)多重PCR;(8)锚定PCR;(9)原位PCR;(10)差异显示PCR;(11)巢式PCR;(12)共享引物PCR。
原理:(1)反向PCR:用于未知DNA片段的扩增。
先用连接酶将片段连接成环状,根据已知序列的碱基序列设计3’引物和5’引物扩增未知序列;(2)不对称PCR:原理是两端引物的浓度相差50~100倍,经PCR扩增得到单链DNA。
在PCR前25个循环中,主要生成双链产物,低浓度引物耗尽时,高浓度引物介导的PCR反应可产生大量单链DNA;(3)RT-PCR:先将mRNA逆转录成cDNA,接着以cDNA为模板进行PCR扩增。
合成cDNA第一链时,常用多聚(dT)引物进行。
后面的PCR扩增与普通PCR相同;(4)重组PCR:利用寡核苷酸引物在碱基不完全互补配对的情况下亦能同模板DNA退火的能力,设计引物时,人为地造成碱基取代、缺失或插入,从而通过PCR反应将突变引入靶DNA区段;(5)简并引物PCR:引物在未知DNA片段确切核苷酸序列的情况下,设计简并引物,从基因组(或cDNA)中把未知基因扩增出来;(6)定量PCR:以mRNA为模板合成cDNA后,再在同一反应管内同时加入参照基因和待测基因。
参照引物和待测基因引物进行PCR扩增,以参照基因扩增产物为基础,确定待测基因的相对量;(7)多重PCR:同一体系中加入多对引物,扩增同一模板的几个区域;(8)锚定PCR:通过DNA末端转移酶在cDNA 3’末端加上poly(dG)尾,设计相对应的锚定引物poly(dG),在锚定引物和基因特异引物作用下,扩增全序列的DNA片段;(9)原位PCR:以组织固定处理细胞内的核酸作为靶序列,进行PCR反应。
不必从组织细胞中分离模板DNA或RNA;(10)差异显示PCR:将两种mRNA的样品逆转录成cDNA第一链,后加入两种引物进行PCR扩增,一种为锚定引物,另一种为十碱基的随机引物。
所有pcr技术的种类原理应用
所有PCR技术的种类、原理和应用引言聚合酶链式反应(PCR)是一种基于酶的技术,用于在体外扩增特定片段的DNA。
PCR技术自20世纪80年代初以来就被广泛应用于分子生物学研究和临床诊断中。
随着技术的不断发展,出现了多种PCR技术,每种技术都有其特定的原理和应用。
传统PCR(PCR)传统PCR是最早被开发的PCR技术之一,也是最常用的PCR技术之一。
它基于酶扩增DNA的原理,包括三个主要步骤:变性、退火和延伸。
传统PCR可以扩增小片段的DNA,通常在100至1000个碱基对之间。
实时定量PCR(qPCR)实时定量PCR,又称荧光定量PCR,是一种可以实时监测PCR反应过程的技术。
在qPCR中,DNA在每一个循环中都会产生荧光信号,这种荧光信号与PCR产物的数量成正比。
qPCR可以精确地定量起始模板的数量,并且通常有更高的灵敏度和特异性。
数字PCR(dPCR)数字PCR是一种用于准确测定DNA分子数量的技术。
相对于传统PCR或实时定量PCR而言,数字PCR可以更加准确地计算起始DNA模板的数量。
数字PCR将稀释DNA样本分成数百万个小的反应区域,每个区域中只有一个DNA分子存在,通过监测阳性和阴性信号的比例,可以计算出原始DNA模板的数量。
长片段PCR长片段PCR是一种特殊的PCR技术,用于扩增较长的DNA片段(通常超过10 kb)。
由于长DNA片段在PCR反应中容易出现问题,如失去扩增能力或产生非特异性产物,因此长片段PCR通常需要进行优化。
长片段PCR在基因克隆、基因表达分析等领域中得到了广泛应用。
反转录PCR(RT-PCR)反转录PCR是一种用于将RNA转录成DNA的技术,然后再通过PCR进行扩增。
在RT-PCR中,首先使用反转录酶将RNA逆转录为cDNA(互补DNA),然后利用PCR扩增cDNA。
RT-PCR被广泛应用于研究基因表达调控、病毒诊断和基因突变检测等领域。
循环病毒扩增(LAMP)循环病毒扩增(LAMP)是一种新型的PCR技术,可以在恒温下进行,不需要复杂的温度程序。
pcr的原理和应用领域
PCR的原理和应用领域1. PCR的原理PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链式反应)是一种在体外扩增DNA片段的技术。
它是由美国生物学家凯瑟琳·梅利斯(Kary B. Mullis)在1983年发明的,因其在分子生物学领域的重要应用而获得了1993年的诺贝尔化学奖。
PCR的原理主要包括三个步骤:变性、退火和延伸。
1.1 变性(Denaturation)将待扩增的DNA样品加热至94-98℃,使双链DNA解开成两条单链DNA。
这一步是为了使DNA分子的双链结构完全解链,以便后续的退火步骤。
1.2 退火(Annealing)将待扩增的DNA样品降温至50-65℃,加入引物(寻找特定靶序列的DNA寡核苷酸链),使引物与单链DNA序列互补配对结合。
这一步是为了使引物与待扩增的DNA序列特异性地结合,以启动PCR反应。
1.3 延伸(Extension)将待扩增的DNA样品在72℃下加入DNA聚合酶(如Taq聚合酶),使DNA引物双链结构被DNA聚合酶复制成两条新的DNA双链。
这一步是为了合成新的DNA链,使扩增物数量呈指数倍增。
经过多个循环的变性、退火和延伸步骤,可以在短时间内扩增出大量特定目标序列的DNA片段。
2. PCR的应用领域PCR技术具有高效、灵敏、特异性强等优点,因此在许多领域得到了广泛应用。
2.1 分子生物学研究PCR技术在分子生物学研究中扮演着重要角色,广泛应用于:•基因克隆和表达研究:PCR可以扩增特定基因片段,用于克隆和构建重组DNA。
可以通过PCR检测基因在不同组织和细胞类型中的表达水平,研究基因的功能和调控机制。
•突变检测和基因诊断:PCR可以检测基因突变,用于遗传病的诊断和预测。
例如,PCR可以用于检测致病基因的特定突变,如BRCA1和BRCA2基因突变与乳腺癌的关联。
•DNA指纹和个体识别:PCR可以扩增DNA中的特定序列,用于DNA指纹分析和个体识别。
pcr种类的原理及应用
PCR种类的原理及应用1. PCR的基本原理聚合酶链反应(PCR)是一种重要的分子生物学技术,可以在体外快速合成大量DNA片段。
PCR主要包括三个步骤:变性、引物结合和延伸。
1.变性:PCR反应开始时,将反应体系中的DNA加热至95℃,使DNA双链解离为两条单链。
2.引物结合:将反应体系温度降低至50-60℃,引物与目标DNA序列互补配对。
引物是两条短的DNA片段,它们与目标DNA序列的两个末端互补配对。
3.延伸:在引物的作用下,将反应体系温度升高至72℃,引物在目标DNA序列上的互补区域上作为模板,聚合酶可以合成新的DNA链。
这样,每个PCR循环后,目标DNA序列的数量就会翻倍。
多个PCR循环后,可以获得目标DNA序列的大量复制品。
2. PCR的种类及其原理2.1 实时定量PCR(qPCR)实时定量PCR(quantitative PCR,qPCR)是利用荧光信号实时监测PCR反应过程中目标DNA的累积量。
它可以定量测量起始DNA模板的数量。
qPCR采用与传统PCR类似的方法进行DNA扩增,但在反应过程中添加了荧光染料。
这些荧光染料会与目标DNA结合并发出荧光信号。
通过检测荧光信号的强度,可以确定PCR反应的复制数量,从而定量测量起始DNA的数量。
qPCR广泛用于基因表达研究、病原菌检测、基因突变分析等领域。
2.2 逆转录PCR(RT-PCR)逆转录PCR(Reverse Transcription PCR,RT-PCR)是一种将RNA逆转录为cDNA(互补DNA)后,在进行PCR扩增的技术。
RT-PCR可以用于研究基因的转录水平以及病毒等RNA病原体的检测。
RT-PCR首先使用逆转录酶将RNA逆转录为cDNA。
然后,通过PCR扩增cDNA,使目标基因的复制数量大量增加。
最后,可以通过分析PCR产物的大小和序列进行进一步研究和检测。
2.3 数字PCR(Digital PCR)数字PCR(Digital PCR)是一种用于高灵敏度和绝对定量的PCR技术。
PCR的种类及其应用有哪些
PCR的种类及其应用有哪些引言聚合酶链反应(PCR)是一种重要的分子生物学技术,已被广泛应用于基础研究、医学诊断、食品安全、物种鉴定等领域。
PCR技术通过体外扩增DNA片段,能快速、高效地产生大量目标DNA。
本文将介绍PCR的一些主要种类以及它们在各个领域的应用。
常见的PCR种类1. 常规PCR常规PCR也称为传统PCR,是最基本的PCR技术。
该方法主要包括三个步骤:变性、退火和延伸。
在变性步骤中,DNA被加热至高温,使其双链结构解开,形成两条单链。
在退火步骤中,引物与目标DNA序列结合。
在延伸步骤中,DNA聚合酶会从引物的3’端开始合成新的DNA链。
通过多次循环这个过程,可以快速扩增目标DNA。
2. 实时荧光定量PCR实时荧光定量PCR(qPCR)是一种可以实时监测PCR反应过程的技术。
在扩增过程中,与目标DNA序列结合的专门设计的探针会产生荧光信号。
荧光信号的强度与目标DNA的数量成正比,可以通过荧光信号的变化来确定初始目标DNA的数量。
qPCR被广泛用于基因表达研究、病原体检测、SNP分型等领域。
3. 逆转录PCR逆转录PCR(RT-PCR)是一种特殊的PCR技术,用于从RNA模板合成相应的DNA。
该技术首先通过逆转录酶将RNA转录为互补的DNA(cDNA),然后使用传统PCR技术扩增目标DNA。
RT-PCR广泛应用于基因表达分析、病毒诊断等领域。
4. 巢式PCR巢式PCR是对常规PCR的改进,通过进行两轮PCR反应来提高扩增特异性。
在第一轮PCR反应中,使用外部引物扩增目标DNA片段。
在第二轮PCR反应中,使用内部引物扩增第一轮PCR反应产物。
巢式PCR被广泛应用于微生物检测、基因定位等领域。
5. 数字PCR数字PCR是一种利用限稀稀释原理进行PCR信号计数的精确定量技术。
该技术通过将模板DNA稀释成稀溶液,使每个PCR反应管中仅有一个模板DNA分子。
通过计数正反应管的数目,可以准确确定目标DNA的初始浓度。
几种pcr的原理及应用
几种PCR的原理及应用1. PCR简介PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链反应)是一种基于DNA聚合酶的体外扩增技术。
该技术可以在短时间内大量复制特定DNA序列,从而方便进行基因分析、疾病诊断、基因工程等研究和应用。
2. PCR基本原理PCR的基本原理是通过反复进行DNA的三步循环复制,每一步循环被称为一轮PCR循环。
每一轮PCR循环包括三个步骤:变性、退火和延伸。
2.1 变性变性步骤使得DNA双链解开,得到两条单链DNA。
这一步骤通常在高温下进行,通过断裂氢键使DNA双链解开。
2.2 退火退火步骤是将两个引物结合到目标DNA序列的两侧,使引物可以作为DNA复制的起始点。
引物的设计需要与目标DNA序列的两端互补,以确保特异性扩增。
2.3 延伸延伸步骤是通过DNA聚合酶酶活性,引物向目标DNA序列方向延伸合成新的DNA链。
这个过程是通过向反应体系中加入四种碱基(dNTPs)来完成的。
3. PCR的应用PCR技术被广泛运用于许多领域,特别是在分子生物学和医学研究中。
以下是几种PCR的应用:3.1 基因分型PCR可以用于基因的分型,例如确定某个基因是否存在突变。
通过引物的设计,PCR可以扩增出目标基因片段,进而通过测序等方法进行基因分型和分析。
3.2 疾病诊断PCR可以用于疾病的诊断,特别是对于遗传病的检测。
通过扩增疾病相关基因的片段,可以判断患者是否携带该疾病基因。
3.3 基因工程PCR在基因工程中也有广泛应用。
例如,通过PCR扩增目标基因,将其插入到表达载体中,构建重组蛋白表达系统。
3.4 环境微生物学PCR可以用于环境中微生物的检测和鉴定。
通过扩增微生物的特定DNA片段,可以确认环境样本中是否存在特定的微生物群体。
3.5 法医学和犯罪学PCR可以应用于法医学和犯罪学领域,例如通过对DNA样本进行PCR扩增,可以确定嫌疑人的DNA指纹,用于刑事案件的鉴定。
以上仅是PCR技术在多个领域中的一些典型应用,随着DNA技术的不断发展,PCR在更多领域中的应用也将不断扩大。
常见的pcr的原理与应用
常见的PCR的原理与应用1. PCR的原理PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链反应)是一种体外扩增DNA的技术,它通过克隆式繁殖DNA序列,使得少量的DNA样本得以快速扩增到足够多的数量。
PCR主要包括三个步骤:变性、退火和延伸。
•变性:在变性步骤中,将反应液加热至95°C,使DNA双链解开,得到单链DNA模板。
•退火:在退火步骤中,将反应温度降低至50-65°C,使引物与单链DNA模板结合。
•延伸:在延伸步骤中,将反应温度升高至72°C,酶(如Taq聚合酶)催化DNA合成,延伸产物起始于引物并以互补碱基配对的方式沿模板DNA合成。
通过不断重复这三个步骤,每一轮PCR循环都会使DNA数量翻倍,从而实现DNA的快速扩增。
2. PCR的应用PCR技术广泛应用于生物学研究、医学诊断、遗传学和进化生物学等领域。
2.1 生物学研究PCR技术在生物学研究中有着重要的应用,主要体现在以下几个方面:•基因克隆:PCR可以扩增目标DNA序列,从而实现对基因的克隆,进一步研究基因功能、构建遗传工程菌株等。
•分子标记:PCR可以通过引物的设计,扩增特定DNA序列作为分子标记,用于分离、检测和鉴定生物种群、品系等。
•突变分析:PCR可以用于快速鉴定和检测DNA序列中的突变点,对于研究基因突变与疾病之间的关联具有重要意义。
•DNA测序:PCR技术结合测序技术可以实现快速、高通量的DNA测序,加速基因组学研究的进展。
2.2 医学诊断PCR技术在医学诊断中起到了举足轻重的作用,主要应用于以下几个方面:•感染病原体检测:PCR可以对病原体的DNA进行扩增,通过检测扩增产物可以确定感染病原体的存在与否,从而进行疾病的早期诊断。
•基因突变检测:PCR可以检测人类基因中的突变,用于遗传病的早期诊断、预测患病风险以及进行基因治疗。
•肿瘤检测:PCR可以检测肿瘤细胞中的突变,从而实现早期肿瘤的诊断、判断治疗效果和监测肿瘤复发等。
PCR技术的种类、原理与应用
PCR技术的种类、原理与应用引言PCR技术(聚合酶链反应)是分子生物学中一种基本且重要的实验技术。
利用PCR 技术,科学家们可以在短时间内扩增DNA片段,从而大大提高了基因分析和遗传学研究的效率。
本文将介绍PCR技术的种类、原理以及一些常见的应用。
PCR技术的种类PCR技术根据反应方式不同可分为常规PCR、荧光PCR、逆转录PCR等几种。
常规PCR常规PCR是最基本的PCR技术。
它包括三个步骤:变性、退火和延伸。
在变性步骤中,DNA双链解旋成为两条单链。
在退火步骤中,引物与DNA模板结合,确定扩增片段的起始和终止位置。
在延伸步骤中,聚合酶沿DNA模板逐渐合成新的DNA链。
荧光PCR荧光PCR是在常规PCR的基础上增加了一层荧光信号的监测。
通过引入荧光探针或荧光引物,可以实时监测PCR反应的进程。
当荧光探针与PCR产物结合时,会发出荧光信号,可以通过荧光检测仪器实时监测PCR反应的进行情况。
逆转录PCR逆转录PCR(RT-PCR)是在PCR的基础上结合逆转录反应的一种技术。
逆转录反应可以将RNA转录为相应的DNA,然后再进行PCR扩增。
逆转录PCR广泛用于研究基因的表达和检测病毒感染等。
PCR技术的原理PCR技术基于DNA的复制原理,利用DNA聚合酶酶解DNA链,并通过引物的引导选择性复制目标DNA序列。
PCR技术主要包括以下步骤:1.变性:将DNA加热至高温,使其双链解旋成为两条单链。
2.退火:将温度降低,使引物与DNA模板结合,形成引物-模板复合物。
3.延伸:引入DNA聚合酶,该酶以引物为模板,在复合物的基础上合成新的DNA链。
4.循环:重复以上步骤,每次循环都会产生新的DNA链,从而呈指数级增长。
PCR技术的核心是引物的选择,引物的两个端部分别与目标DNA序列的起始和终止位置互补匹配。
引物的长度通常为15-30个碱基。
PCR技术的应用PCR技术在生物医学研究中有着广泛的应用。
基因分析PCR技术可以扩增目标DNA片段,为后续的基因分析提供了充足的材料。
PCR技术的原理及应用领域
PCR技术的原理及应用领域1. PCR技术的原理聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是一种能够将极微量特定DNA序列扩增至目标数量级的技术。
PCR技术通过一系列的温度循环,使DNA链反复复制,从而增加目标DNA序列的数量。
其原理主要包含三个步骤:变性、退火和延伸。
•变性:在PCR反应开始时,样本中的DNA会被加热至95℃,使其双链结构分离成两条单链。
•退火:在下一个步骤中,温度会降低至50-65℃,引入一对称的引物(primers)与目标DNA序列的两端碱基序列匹配。
引物的作用是为DNA聚合酶提供一个起始点。
•延伸:在延伸阶段,温度会升高至72℃,DNA聚合酶会附着在引物上,开始将自由核苷酸与目标DNA序列配对,并以目标DNA为模板进行DNA链的合成,产生两条新的DNA链。
通过不断重复这三个步骤,PCR反应可以在短时间内产生大量目标DNA序列。
2. PCR技术的应用领域PCR技术已经广泛应用于许多生物学和医学研究领域,以下是几个PCR技术常见的应用领域。
2.1 分子诊断PCR技术在分子诊断中得到了广泛应用,可以用于检测和诊断病原体感染、遗传疾病、肿瘤等。
通过PCR可以从患者样本中扩增出目标DNA序列,并通过特定的检测方法(如凝胶电泳、引物探针技术等)进行分析和诊断。
2.2 人类起源与进化研究PCR技术的高灵敏度和高特异性使其成为人类起源与进化研究中的重要工具。
通过PCR扩增和分析人类基因组DNA中的特定DNA序列,可以获取有关人类起源、遗传变异和种群演化的重要信息。
2.3 进化生物学研究PCR技术在进化生物学研究中的应用非常广泛。
通过PCR,可以从各种生物样本(如骨骼化石、古代DNA)中扩增和分析DNA序列,从而揭示物种起源、进化过程和亲缘关系等方面的信息。
2.4 基因工程与基因组学研究PCR技术在基因工程和基因组学研究中起着至关重要的作用。
通过PCR可以快速、准确地扩增特定的基因序列或基因组区域,为基因重组、基因克隆和基因测序等实验提供了必要的DNA材料。
pcr的种类原理应用
PCR的种类、原理与应用1. 引言PCR(Polymerase Chain Reaction)是一种重要的分子生物学技术,它通过不断的循环反应,在体外快速而特异性地扩增DNA序列。
PCR技术在许多领域都有广泛的应用,包括基因工程、医学诊断、犯罪侦查等。
本文将介绍PCR的不同种类、原理和应用。
2. PCR的基本原理PCR的基本原理是将DNA模板与引物、dNTPs和聚合酶等核酸合成相关物质混合,通过不断的循环反应,在适当的温度下进行DNA的扩增。
PCR通常包括三个步骤:变性、退火和延伸。
•变性:将DNA的双链解链,使DNA的两个链分开,产生单链DNA。
•退火:将退火温度降低,使引物与DNA模板能够结合。
•延伸:在延伸温度下,通过聚合酶酶活性,在引物的作用下合成新的DNA链。
通过不断地重复这三个步骤,可以扩增出大量的目标DNA序列。
3. PCR的不同种类PCR有许多衍生技术和方法,下面介绍几种常见的PCR种类:3.1. 实时定量PCR(qPCR)实时定量PCR是一种可以实时监测PCR反应产物的技术。
它通过引入荧光探针,可以在PCR过程中不断监测扩增产品的累积量,可以 quantification定量PCR的结果。
实时定量PCR在基因表达分析、病原体检测和基因突变分析等领域有广泛应用。
3.2. 简并度PCR简并度PCR是一种可以扩增目标序列中存在扩增特异性的多个变体的技术。
它可以通过引入含有多个碱基的引物,扩增出不同的突变体。
简并度PCR在突变分析和基因多态性研究中有重要应用。
3.3. 反转录PCR(RT-PCR)反转录PCR是一种将RNA转录成互补为DNA的技术。
通过引入反转录酶,可以将RNA转录成cDNA,然后再进行PCR扩增。
RT-PCR在基因表达分析和病毒感染研究中有广泛应用。
3.4. 数字PCR(dPCR)数字PCR是一种可以精确计数PCR产物数量的技术。
它通过将反应混合物均匀分成大量微小反应体积,并在多个反应中独立扩增,再通过检测阳性和阴性结果的比例来计算出初始DNA模板的拷贝数目。
各种PCR技术总结
各种PCR技术总结PCR(Polymerase Chain Reaction)是分子生物学中一种重要的技术手段,能够快速、敏感地扩增目标DNA片段,进而用于基因克隆、突变检测、基因表达分析等多个方面。
PCR技术主要包括传统PCR、RT-PCR、荧光定量PCR、数字PCR等。
下面将对各种PCR技术进行详细总结。
1.传统PCR传统PCR是PCR技术的基础,它通过多轮循环反应,将目标DNA片段扩增至数量足够用于下游应用。
传统PCR主要包括三个步骤:变性、退火和延伸。
在变性步骤中,PCR反应体系中的DNA经过高温变性,使其解链成两条单链DNA。
在退火步骤中,引物与模板DNA结合形成稳定的DNA-DNA双链。
在延伸步骤中,DNA聚合酶在合适温度下延伸引物,合成新的DNA链。
经过多轮循环反应,可以扩增出数以百万计的目标DNA序列。
2.RT-PCRRT-PCR(Reverse Transcription PCR)是PCR技术的一种衍生方法,它是基于酶反转录的原理,将RNA反转录合成cDNA,再进行PCR扩增。
RT-PCR主要包括两个步骤:反转录和PCR扩增。
在反转录步骤中,RNA模板通过反转录酶的作用转录成cDNA。
在PCR扩增步骤中,cDNA作为模板,进行传统PCR扩增。
RT-PCR广泛应用于基因表达分析、检测病毒RNA等情况。
3.荧光定量PCR4.环状PCR环状PCR(Cyclic PCR)是一种特殊的PCR技术,它能够在不使用引物的情况下实现DNA的扩增。
环状PCR主要包括两个步骤:导向扩增和环状重复。
在导向扩增步骤中,DNA聚合酶在很高的浓度下工作,将模板DNA的末端延伸形成环状结构。
在环状重复步骤中,环状结构的DNA通过热变性、退火和延伸等步骤循环反应,实现DNA的扩增。
环状PCR被广泛应用于DNA测序、突变检测等领域。
5.数字PCR数字PCR(Digital PCR)是PCR技术的一种高精度定量方法,能够准确计数目标DNA的数量。
关于PCR技术及其应用实例和前景
PCR技术及其应用实例和前景检验0905郭媛媛PCR是我们研究分子生物学的重要方法和工具,随着医学科技的不断发展,这种技术越来越被人们看重,越来越多的应用到我们的科技研究之中,作为医学检验工作者,这种技术也是我们必须掌握的从这篇文章中让我们了解一下它在实践之中的前景。
摘要:PCR (ploymerse chain reaction)技术[1],即聚合酶链反应技术,又称基因体外扩增技术或和核酸体外扩增技术,利用两种与相反链杂交并利用附着于目标DNA两端的寡核苷酸引物在高温(95°C)使目标DNA片断的DNA双链变性,分解为单链,在较低温度(37-63°C)与引物退火,然后变温到72°C左右。
在耐高温DNA聚合物酶的作用下引物被沿样板DNA单链延伸合成互补链,然后有变性→退火→延伸反复进行。
引物大大过量,dNTP过量,酶在高温中是较稳定的,这样经过几十个循环,目标DNA片断就按2的n次方递增,用此法可以从mRNA中,cDNA库中扩出目标基因。
总之,生物体内核酸的复制是半保留复制,PCR技术就是在体外对此进行复制模拟。
关键词:PCR技术;DNA;应用;工程效益扩大1 引言人类利用微生物的实践具有悠久的历史,公元前,人类就已经利用天然的微生物(酶)生产奶酪和酒。
进入工业革命时代,人们开始对天然微生物进行筛选和诱变,生产某些简单的代谢产物,氨基酸,维生素和抗生素。
20世纪60年代至今,随着人类虽微生物认识的加深,DNA重组技术的出现,发酵技术的提高:更多的微生物可产生各种各样的抗生素,应用于医学微生物学(Medical Microbiology)中;更多微生物被发现可产生促生物质,有利于人和动植物的生长,对农业科学(Agriculture)有着极重要的支持;还有些微生物的代谢产物是重要的化工原料,加速了化工产业(Chemical Industry)的完善;再有些微生物被广泛应用于法医鉴定(Forenic)、医学(Medical Science)、环境监测(Environment Supervise)分子克隆(Member Clone)、序列分析(Alignment Analysis)、考古研究(Archaeology Search)等重要学科,具有广泛的应用前景,这就是我要介绍的PCR技术。
三种PCR类型及应用
三种PCR类型及应用多种PCR技术类型:1. 实时定量PCR(qPCR)实时定量PCR是一种检测PCR反应过程中的特定DNA序列的技术。
它可以实时监测PCR反应过程中的产物累积情况,通过检测DNA结合荧光染料的信号强度来定量分析起始模板的含量。
由于其高灵敏度和快速结果,实时定量PCR 被广泛应用于基因表达分析、微生物检测、病毒定量测定等领域。
2. 数字PCR数字PCR是一种基于微小级别的PCR技术,通过将PCR分成数百万份独立的反应来进行定量分析,从而实现对起始模板数的精确计数。
与传统PCR技术相比,数字PCR具有更高的灵敏度和准确性,尤其适用于低拷贝基因的检测和分析。
数字PCR广泛应用于检测稀有突变、检测微生物DNA和病毒DNA等领域。
3. 表面增强拉曼散射PCR表面增强拉曼散射PCR结合了PCR技术和拉曼光谱学,通过在PCR过程中引入金纳米颗粒来增强PCR产物的拉曼信号,从而实现对PCR产物的多重检测和分析。
表面增强拉曼散射PCR技术具有高速、高灵敏度和高特异性的特点,适用于分子生物学、生物医学和环境监测等领域。
不同类型PCR的应用:1. 实时定量PCR在基因表达分析中的应用实时定量PCR可以准确、快速地测定特定基因的表达水平,广泛应用于基因调控研究、药物筛选、疾病诊断等领域。
通过实时定量PCR技术,研究人员可以量化分析基因在细胞、组织或生物样品中的表达情况,从而深入了解基因的功能和调控机制。
2. 数字PCR在稀有基因检测中的应用数字PCR技术可以对样本中稀有基因的存在进行准确计数,适用于肿瘤标志物检测、胎儿DNA检测等需要高灵敏度和准确性的应用。
通过数字PCR技术,研究人员可以对样本中的特定基因进行精确检测,为疾病诊断和生物医学研究提供有力的支持。
3. 表面增强拉曼散射PCR在环境监测中的应用表面增强拉曼散射PCR技术可以实现对微生物DNA的可视化检测,广泛应用于环境监测和水质检测等领域。
PCR技术在生命科学中的应用
PCR技术在生命科学中的应用PCR技术是一种新型的基因分析技术,因为其快速、高效和精确等特点,被广泛应用于生命科学领域。
PCR技术是一种通过体外扩增目标DNA片段的方法,在分子生物学研究、疾病诊断和基因治疗等方面都具有很重要的应用。
一、 PCR技术的基本原理PCR技术是Polymerase chain reaction的缩写,意思是"聚合酶链式反应"。
该技术利用DNA聚合酶,在体外扩增小片段DNA (通常为20-30个碱基对)的同时,将其扩增到构成DNA片段的目标序列。
PCR技术分为三个步骤:变性、退火和扩增。
变性包括了将DNA序列加热至高温使其变性的过程。
将其冷却,对于目标DNA 特异性引物结合所需的高温变性的全长DNA序列,已被选中作为反应器中。
退火是将引物对其进行配对,而DNA聚合酶伸长这个引物模板和复制头。
\扩增阶段中,DNA聚合酶伸长复制头的方向。
在该方向上形成两个新的DNA链,一个即与旧链相同,另一个则是新合成的链。
每个起始片段可以被重复无数次扩增,直到达到毛细管的容量或到达定量平衡,停止变化。
二、 PCR技术在基础科学研究中的应用PCR技术可以用于基础科学研究中的很多领域,例如分离、纯化、克隆和测序DNA、RNA和蛋白质等。
比如可以通过PCR技术提取、纯化和复制DNA序列,从而揭示生命的基本结构和功能,探索生命的奥秘。
PCR技术也可以用于研究基因表达和遗传变异。
通过PCR技术,科研人员可以克隆和扩增DNA序列,进而研究蛋白质合成、基因表达和功能等方面的问题。
此外,PCR技术还可以用于研究生物进化、遗传学、环境生物学等领域,从而为生命科学研究提供更多的支撑和发现。
三、 PCR技术在疾病诊断中的应用PCR技术广泛应用于疾病诊断,尤其是一些传染病的诊断和监测。
该技术可以引用病毒、菌和其他微生物的DNA或RNA。
例如,PCR技术在艾滋病、乙肝、结核病、肺炎和流感等疾病的诊断中都有应用。
PCR 技术的种类及其应用
PCR 技术的种类及其应用1PCR 技术的基本原理PCR技术是在模板DNA、引物和四种dNTP等存在的条件下,依赖于DNA聚合酶(T aq酶)的酶促合成反应。
其具体反应分三步:变性、退火、聚合.以上三步为一个循环, 每一循环的产物DNA又可以作为下一个循环模板,数小时后,介于两个引物之间的目的DNA得到了大量的复制,经25~30次循环DNA数量可达2×106~7拷贝数。
2PCR技术的种类2。
1反向PCR(Inverse PCR, IPCR)技术原理:反向PCR是克隆已知序列旁侧序列的一种方法.主要原理是用一种在已知序列中无切点的限制性内切酶消化基因组I)NA.后酶切片段自身环化.以环化的DNA 作为模板,用一对与已知序列两端特异性结合的引物,扩增夹在中间的未知序列。
该扩增产物是线性的DNA片段,大小取决于上述限制性内切酶在已知基闲侧翼DNA序列内部的酶切位点分布情况。
用不同的限制性内切酶消化,可以得到大小不同的模板DNA,再通过反向PCR获得未知片段。
该方法的不足是:①需要从许多酶中选择限制酶,或者说必须选择一种合适的酶进行酶切才能得到合理大小的DNA片段。
这种选择不能在非酶切位点切断靶DNA。
②大多数有核基因组含有大量中度和高度重复序列,而在YAC或Cosmid 中的未知功能序列中有时也会有这些序列,这样,通过反向PCR得到的探针就有可能与多个基因序列杂交。
2.2锚定PCR(Anchored PCR, APCR)技术用酶法在一通用引物反转录cDNA3'—末端加上一段已知序列, 然后以此序列为引物结合位点对该cDNA进行扩增, 称为APCR。
应用:它可用于扩增未知或全知序列,如未知cDNA的制备及低丰度cDNA文库的构建。
2。
3不对称PCR(asymmetric PCR)技术两种引物浓度比例相差较大的PCR技术称不对称PCR。
在扩增循环中引入不同的引物浓度,常用50~100÷1比例。
pcr技术的原理应用案例
PCR技术的原理应用案例1. PCR技术简介PCR(Polymerase Chain Reaction),即聚合酶链反应,是一种基于DNA复制的技术,通过重复的循环反应,可以在体外迅速产生大量特定片段的DNA。
PCR技术的原理包括三个核心步骤:变性、退火和延伸。
PCR技术在分子生物学、医学诊断、犯罪学和生物学等领域有着广泛的应用。
2. PCR技术的应用案例2.1 基因表达分析•分析基因的表达模式是了解生物体发育过程、疾病产生机制等重要途径之一。
PCR技术可以用于检测RNA水平的变化,从而研究基因的表达情况。
例如,科学家可以通过PCR技术分析某种疾病相关基因的表达水平,并与正常基因表达进行比较,进一步了解疾病的发生机制。
2.2 病原体检测•PCR技术在病原体的检测和鉴定中有着广泛的应用。
病原体包括细菌、病毒、真菌等,它们对人类和其他生物的健康造成威胁。
通过PCR技术,可以快速、准确地检测病原体的存在。
以新型冠状病毒为例,PCR技术可以检测病毒的核酸,帮助医生和科学家快速进行病毒的鉴定和诊断。
2.3 亲子鉴定•PCR技术在亲子鉴定领域也得到了广泛的应用。
通过PCR技术可以分析DNA序列的差异,从而判断两个个体之间是否存在亲缘关系。
这项技术可以在法律、医学等领域中解决亲权纠纷,例如确认婴儿的亲生父母、解决遗产继承等问题。
2.4 精准医疗•PCR技术在精准医疗中有着重要的应用。
精准医疗是根据个体的基因信息,为患者制定个性化的治疗方案。
通过PCR技术,可以对患者的基因进行测序,进而了解患者的遗传变异情况,以便针对性地选用药物和治疗方法,提高治疗效果。
2.5 遗传疾病的诊断•遗传疾病是由基因突变引起的疾病,PCR技术在遗传疾病的诊断中发挥了重要作用。
通过PCR技术可以检测遗传疾病相关基因的变异,并判断个体是否携带致病基因。
例如,PCR技术可以用于检测乳腺癌相关基因BRCA1和BRCA2的突变,帮助早期发现乳腺癌风险。
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PCR技术的发展及应用平骏 14112822276摘要:聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)是1985年由美国PE- Cetus 公司的科学家Kary Banks Mullis发明的一种可在体外快速扩增特定基因或DNA序列的技术。
经历了近30年的技术发展,现如今PCR技术在生命科学研究以及相关的很多领域都得到广泛的应用。
本文主要对PCR的基本原理、反应组份作简要的介绍;同时也对在PCR基础上发展起来的相关技术作简要综述。
关键词:PCR技术;PCR原理;PCR新技术对核酸的研究己有100多年的历史,20世纪70年代初人们就致力于研究基因的体外分离技术,Korana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想,该设想在1985年被Mullis等人实现,他们发明了具有划时代意义的聚合酶链反应[6]。
这项新技术是根据生物体内DNA序列能进行快速复制的特点,实现在体外对特定DNA序列进行快速扩增,可在短时间内从试管中获得数百万个特异DNA序列拷贝。
PCR技术操作简便、结果可靠,被世界各国广泛应用于医学、农业、考古学等各个领域的基因研究和分析,对分子生物学的发展产生了深远的影响[18]。
发明人Kary Banks Mulis也因此荣获了1994年的诺贝尔化学奖。
1、PCR 技术的原理[1,2]PCR技术是模拟细胞内DNA的天然复制过程,DNA 聚合酶以单链DNA为模板,借助一小段双链DNA 来启动合成,通过一个或两个人工合成的寡核苷酸引物与单链DNA 模板中的一段互补序列结合,形成部分双链。
在适宜的温度和环境下,DNA 聚合酶将脱氧单核苷酸加到引物3,- OH 末端,并以此为起始点,沿模板5,→3,方向延伸,合成一条新的DNA互补链。
简言之,其基本原理包括3个基本反应过程:变性→退火→延伸。
PCR 反应的基本成分包括:模板DNA( 待扩增DNA )、引物、4种脱氧核苷酸( dNTPs)、DNA 聚合酶和适宜的缓冲液。
每一循环中所合成的新链,又都可作为下一循环中的模板。
PCR 合成的特定的DNA序列产量随着循环次数呈指数增加,每完成一次循环需2-4min,2-3h就能将目的基因扩增,从而达到迅速大量扩增的目的。
2、PCR技术的反应组份2.1 模板DNAPCR反应的模板可以是单链DNA也可以是双链DNA,可以是基因组DNA 或cDNA,mRNA 也能作为PCR的模板,只需用逆转录酶把mRNA 逆转录为cDNA即可。
模板量的多少及其纯度的高低,是PCR成败与否的关键因素之一[6]。
由于PCR反应的特异性由寡聚核苷酸引物决定, 模板DNA不需要高度纯化,但应避免任何蛋白酶、核酸酶、DNA聚合酶抑制剂、能结合DNA的蛋白质及多糖类物质的污染[18]。
PCR所需模板DNA的量极微(通常在纳克级范围内),通常适宜的模板DNA浓度为30-50ng,不到1纳克的基因组DNA序列就足以用来进行PCR分析,甚至用1个DNA分子就能扩增出特定的DNA 序列。
A-变性;B-退火;C-延伸图1 PCR原理(摘自邓小红等, 2007)2.2 引物引物是PCR特异性反应的关键,PCR引物是一段与待扩增DNA序列互补的寡核苷酸片段,长度大多为10-30个碱基。
一般情况下,一对引物包含5,端与正义链互补的寡核苷酸片段和3,端与反义链互补的寡核苷酸片段,这两个寡核苷酸片段在模板DNA 上的结合位置之间的距离决定PCR 扩增片段的长度。
PCR 反应成功的关键是设计最佳的引物。
引物设计的先决条件是与引物结合的靶DNA 序列必须是已知的,设计引物时尽可能的选择碱基随机分布的序列,尽量避免多嘌呤、多聚嘧啶或其他异常序列。
避免引物自身形成发夹结构等二级结构,尤其是两个引物之间不应存在互补序列,尤其是在引物的3,末端,即使无法避免,其3,端的互补碱基也不能多于2个,以减少“引物二聚体”的形成。
否则会影响靶DNA序列的扩增。
在合成新链时,DNA聚合酶将单核苷酸添加到引物的3,末端,因此引物3,端的5- 6 个碱基与靶DNA 片段的配对必须精确、严格。
两个引物中G+ C碱基对的百分比( G+ C%)应尽量相似,若待扩增序列中GC 含量已知时,引物的GC 含量则应与其类似。
一般情况下,设计引物时,G+ C 碱基对含量以40% - 60%为佳,解链温度( melting temperature,Tm) 应高于55℃。
2.3 DNA聚合酶最初的DNA聚合酶是从大肠杆菌中提取得到的DNA聚合酶I的Klenow片段。
该片段具有DNA聚合酶活性和3,-5,的外切核酸酶活性,能识别和消除错配的引物末端,以校正复制过程中错配的核苷酸。
但是它有一个缺点,即Klenow 片段对热很敏感,DNA的变性温度就可以使酶失去活性,因此在PCR的变性步骤之后都必须重新添加聚合酶,否则实验无法继续进行,这样增加了PCR操作的繁琐程度,而且反应效率低,成本增加。
后来,在美国黄石国家公园的温泉中发现了嗜热菌-水生栖热菌(Thermus aquatics, Taq),从中分离提取出了一种DNA聚合酶。
由于这些聚合酶具有95℃以上的耐热性,只要在PCR反应开始时加一次聚合酶,就能在整个PCR循环中保持酶活性,大大简化了PCR操作程序,提高了PCR扩增效率,从而使PCR 技术得到了进一步完善。
目前,Taq DNA 聚合酶在PCR反应中广为应用。
2.4 dNTPsdNTPs ( dATP、dCTP、dGTP和dTTP ) 是PCR反应中靶DNA序列扩增的原料。
dNT P 在温度较高时容易失活,因此需要在- 20 ℃下冰冻保存,以保证dNTP的质量。
在PCR 反应中,dNTP浓度以50-200µmol/L为宜,但是也不能低于10- 15µmol/L。
dNTP浓度过高易引起非特异性PCR产物,还会抑制Taq 酶的活性;浓度过低则会影响扩增产量。
尤其重要的是4种dNTP的体积浓度要相等,否则就会引起错配。
2.5 M g2+缓冲液PCR反应的标准缓冲液通常含有10mmol/L Tri-s HCl (pH8.3),50mmol/L KCl和1.5mmol/ L MgCl2。
PCR反应体系中Mg2+的浓度非常的重要,当各种dNTP浓度为200µmol/L时,M g2+浓度为1. 5-2. 0mmol/L时为宜。
当M g2 +浓度过高时,会使反应特异性降低,出现非特异扩增;当浓度过低时会使Taq DNA聚合酶的活性降低,使反应产物减少。
同时,Mg2+的有效浓度受到高浓度的螯合剂、高浓度的带负电荷离子基团的影响,比如EDT A、磷酸根等。
它们可与Mg2+结合从而降低Mg2+的有效浓度。
因此,每当首次使用靶序列、引物、dNTP(含磷酸根)的新组合时,都要将Mg2+浓度调至最佳。
通常的方法是设置一组反应实验,每一反应的Tri-s HCl (10mmol/ L)和KCl (50mmol/ L)浓度相同,MgCl2浓度不同( 0.05- 5mmol/ L,每次增加0.5mmol/ L ) ,反应结束后,通过琼脂糖凝胶电泳或聚丙烯酰胺凝胶电泳来比较各反应扩增产物的量,从中选出最佳的Mg2+浓度。
3、PCR相关技术的发展3.1 PCR芯片传统的PCR扩增仪的缺点是体积大,因此所需的样品量大,热容量也大,降低了反应效率。
随着微电子机械系统(microelectromechanical system, MEMS)技术的发展,wilding 于1994年首次成功的在硅芯片上完成了PCR扩增反应。
PCR芯片的原理是把硅制薄片的反应器代替传统的塑料小管用于PCR反应,构成了一次性PCR芯片[4]。
. 与传统PCR仪相比,PCR微芯片具有体积更小,反应速度加快、操作更加简便、价格低、样品使用量少、节省试验成本、集成化、结果可靠等优点。
芯片表面的化学材料的特性对PCR的成功起到关键的作用。
没有经过表面处理过的裸露的以及一些硅相关的材料对PCR扩增反应起抑制作用[24]。
目前通常使用的方法是对芯片中的微反应池/通道的内表面进行钝化处理[4],比如对反应接触面进行硅烷化及多聚物处理,或者在芯片表面添加一层二氧化硅以消除芯片表面对PCR的影响[12]。
利用微电子机械系统(MEMS)技术不仅可以制作PCR芯片,实现DNA片段的迅速扩增,而且可将整个分子生物学的实验过程包括采样、稀释、抽提、进样、扩增、分离、检测等集成在微芯片上,实现分析系统从样品处理到检测的整体微型化、集成化与便携化,并最终实现微全分析系统(Micro Total Analysis System,μ-TAS)或称为芯片实验室(Lab On Chip)。
PCR芯片实质上就是在固相载体上固定与研究对象相关的许多已知基因的引物阵列,并且用于PCR检测,其制作时最关键的是目的基因的引物设计[17]。
基于芯片的PCR技术主要有两种模式:一种是试剂在温度循环变化的管道区间中连续流动实现PCR扩增,称为连续流动PCR微芯片;另一种是试剂不动,而芯片腔体的温度迅速循环变化实现PCR扩增,称为PCR微池芯片。
前一种方式容易实现集成化,后一种方式的反应速度要比前一种快。
根据不同的需要,可将不同的PCR技术与芯片结合,如利用微加工技术制备的微型PCR 芯片[5]、实时定量PCR芯片[9]、荧光定量PCR芯片[17]等。
3.2 固相PCR所谓固相PCR,就是将特定引物寡核苷酸通过不同的方法共价固定到固相支持物上来扩增目标DNA。
固相支持物有琼脂糖小珠、乳胶小珠、聚丙烯酰胺小珠、普通玻片、磁珠、硅片等。
在固相支持物上固定核酸的方法有两种,1)将核酸的末端修饰上氨基,比如利用氨基与甲苯磺酰基或肼基的反应来固定核酸;2)将核酸的末端磷酸化修饰,再通过磷酸基团与其他功能基团结合将核酸固定在固相支持物表面。
容易分离纯化PCR产物是固相PCR 的主要优点。
例如用琼脂糖小珠固定引物与RT-PCR相结合, 就能很方便地构建cDNA文库[12]。
图2 桥式固相PCR原理(摘自陶生策等, 2001)3.3 电子PCR电子PCR( Electronic PCR, e-PCR)是一种新概念,主要是用于基因组作图[12]。
现在已经成为常用的核苷酸序列电子分析工具,它在DNA 片段的染色体定位、基因组测序、基因组辅助作图、PCR引物辅助设计和基因克隆等方面都发挥着重要的作用[20]。
电子PCR技术是利用生物信息学数据库作为平台,借助相应的分析运算软件,搜索要查询的DNA序列( query sequence) 是否含有序列标记位点( Sequence Tagged Sit, STS),并且根据序列标记位点(STS)在已知基因组图谱的位置将所查询的DNA 序列在基因组图谱上进行定位[21]。