一种新型的PCR仪

　　1　引言

　　热循环仪或DNA扩增仪是一种医用仪器,它利用酶链式反应( PCR, Polymerase ChainReaction)的原理,来复制DNA样品。其反应过程分为复性、延伸、变性3个阶段。1986年,Mullis教授发明了一种利用不同温度的3个开敞式恒温槽来实现上述过程的热循环仪[1],以此为开端,水浴式的循环仪得到了迅猛的发展。

　　在我国医疗单位实验室中广泛使用的各种各样的热循环仪中,水浴式的热循环仪是使用效果最好的。因为水域式的热循环仪,在机械臂的操纵下,盛有DNA样品的试管,可较快完成从一种温度的恒温槽到另一种温度的恒温槽的转换过程,使得试管中的温度变化迅速而精确,从而保证酶链式反应的有效性。通常复性阶段温度在40℃～60℃之间,延伸阶段的温度在80℃左右,而变性阶段温度则在90℃～95℃。这种水浴式的热循环仪3个恒温槽中水的温度是恒定的,可事先根据酶链式反应要求设定,因此两个反应阶段间温度的变化取决于机械臂的移动速度,试管中酶的温度变化较快,可达每秒变化10℃,而其他类型的热循环仪在温度转换过程中则须重新调整温度,试管中酶的温度相对变化较慢,每秒仅变化1～2℃或更低,这样可能会使酶失去活性。

　　尽管水浴式的热循环仪有上述优点,但它的发展还是受到了其所存在缺点的限制。首先,用来阻止恒温机理中水汽蒸发的石腊油带来了对仪器的污染;其次,在反应过程中恒温槽的温度难以较快改变,不能满足反应中变温的要求;第三,使用相对复杂,难以推广。为了解决这些问题,我们研制了一种水内循环仪,可克服上述缺点。本文拟作一简要介绍。

　　2　仪器原理

　　DNA扩增成败的关键在于能否控制好在扩增过程中复性、延伸、变性3个阶段的温度。经过反复调查和研究,仪器设计中采用了设置一个样品槽和3个恒温槽的方案(如图2—1所示),以水为传热的媒介,通过切换供向样品槽的水,保证样品槽中所需的温度,从而完成对放在样品槽中DNA样品的有效扩增。

　　3个样品槽中设置有功率相同的加热器,通过改变加热器的加热量,从而保持恒温槽中的温度在所需的范围内。当DNA扩增过程开始后,根据要求,向样品槽提供所需温度的水,不断切换,直至过程结束。恒温槽对外界保持绝热状态,样品槽中也仅有少量热量损失,整个过程在密闭管路中进行,DNA扩增效果好,且干净卫生。

　　根据扩增程序要求,在每一个温度阶段,由控制器发出指令,打开所需温度恒温槽管路中的阀门和水泵,向样品槽提供所需温度的水。由于样品槽前后阶段水的温差较大,前一阶段样品槽的温度会影响后一阶段刚送入样品槽中的水的温度。因此,需保证在同一温度阶段内恒温槽中的水要充分流动。只有这样,才可保证在短时间内使样品槽中的水达到指定温度。