为什么PCR仪要「105°C」加热盖？
2025年1-2月份有339份标准将实施——首次制定液相色谱与原子荧光光谱联用仪性能测试方法
们知道PCR技术的核心原理《聚合酶链式反应「PCR」》是基于DNA的半保留复制原理。利用拟扩增的DNA分子作为模板，以一对分别与模板5′端和3′端互补的寡核苷酸为引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制，沿着模板链延伸至完成新的DNA合成。
然而，为了确认和保证PCR实验的成功，PCR仪的设计和操作细节至关重要。这期我们系统聊一聊PCR扩增仪！
用于保持PCR管或板的密封，防止在加热和冷却过程中因蒸发而导致的样品损失，并减少污染的风险。通常是一个可加热的盖子，能够紧密贴合在PCR管或板上。
(2) 热循环部件:提供PCR反应所需的气温变化，包括变性、退火和延伸三个温度阶段。通常包括一个加热块，其中可放置多个PCR管或板。加热块内部有温度传感器和加热元件，能够精确控制温度。
(3) 传动部件:负责将PCR管或板在加热块中移动，以便在不同的温度阶段进行反应。可能包括电机、传动带或机械臂等部件，用于实现PCR管或板的自动移动。
(4) 控制部件:负责设定和监控PCR反应的程序，包括温度、时间和循环次数等参数。通常包括一个微处理器或计算机控制管理系统，具有用户界面(如触摸屏或键盘)用于输入和显示信息。
(5) 电源部件:为PCR扩增仪提供稳定的电力供应。可能包括电源适配器、电池或电源管理系统等部件。
一次PCR扩增只能运行一个特定退火温度的PCR仪；其主要用途是做一些简单的、对单一退火温度的目的基因进行扩增。
一次PCR扩增可设为一系列不同的退火温度条件(温度梯度)，通常为12种温度梯度的普通PCR仪；其主要用途为研究未知DNA退火温度的扩增。
将具有细胞定位能力的原位杂交技术运用于从细胞内靶DNA的定位分析，在细胞内实现基因扩增的普通PCR仪；其主要用途用于在细胞的靶DNA所在位置上进行基因扩增。
PCR扩增时加入的引物利用荧光素进行标记，使引物和荧光探针同时与模板进行特异性结合，扩增结果通过荧光信号采集系统实时采集信号并输送到计算机分析处理系统，实时输出量化结果，这样的PCR仪叫实时荧光定量PCR仪。
PCR技术的原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于靶序列两端互补的寡核苷酸引物，由
(1) 模板DNA的变性模板DNA经加热至95℃左右一段时间后，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。
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单链互补序列配对结合。
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链互补的半保留复制链。
每完成一轮循环需2~4分钟，如此反复进行，每一轮循环所产生的DNA均能成为下一轮循环的模板，每一轮循环都使两条人工合成的引物间的DNA特异区拷贝数扩增1倍，PCR产物以2的指数形式迅速扩增，经过25~30轮循环后(2~3小时)，理论上可使基因扩增109倍以上，实际上一般可达106~107倍。为什么PCR仪要「105°C」加热盖？
在PCR热盖没有发明之前，通常在反应液中加入石蜡油(或矿物油)来防止反应液的蒸发。但缺点是反应完成后石蜡油不好除干净，做实验时将PCR反应液与石蜡油一起冷冻，取出后用手将管捂热，石蜡油先化开，立即将石蜡油用枪吸出，但并不能完全吸干净。
随着PCR技术的广泛应用和对实验精确度要求的提高，研究人员开始开发热盖装置，以解决反应体系的蒸发和温度不均等问题。
需要说明的一点是，有了PCR热盖，反应液中的水份还是会有部分蒸发，只是不会凝结在管盖上。
热盖的温度需要保持高于样品台温度10℃的状态，才可能正真的保证样品中的反应液不会蒸发而影响实验结果。
所以，PCR仪设计是在实验过程中，热盖温度会保持在105℃，因为样品台的常用最高温度是95℃，这样做才能够保持反应管顶部的温度高于反应液的蒸发温度，防止蒸发液体冷凝到反应液中。
(2) 可调节式热盖:即热盖的高度可以手工调节，同时适用于各种PCR管的类型，但压力要自己感觉;
(3) 自适应式热盖:即热盖自带预压紧的弹簧，通过与打开和关闭热盖的手柄机构相结合，达到压手柄时自动压紧热盖，开手柄时自动松开热盖，自适应高位管和矮、低位管，不需要过多的担心压力和没有松开热盖等问题;
(4) 自动式热盖:即热盖是由电机来控制的压紧与松开的。通常用于与实验室自动化相配合的PCR仪，或称为全自动PCR仪;
(1) 单一加热热盖: 这是最简单的一种热盖类型，通常只提供单一温度的加热，旨在减少反应液的蒸发，保证反应容器的温度保持一致。
(2) 可调温热盖: 这种热盖能够准确的通过反应需要调节不同的温度，通常设计成可根据不同的PCR反应需求调整温度，以便满足多种实验条件下的需要。
(3) 电热膜热盖: 使用电热膜来加热反应盖，优点是温度控制精度高，反应管上盖区域的温度均匀性好，适用于高精度PCR实验。
(4) 热帽式热盖: 这种热盖类似于帽子形状，通过电加热帽盖控制温度。常用于一些高通量PCR实验，能保证每个反应管的盖部温度都得到一定效果控制。
总结来说，PCR仪的105°C加热盖对于确保PCR反应的成功至关重要。它不仅有助于维持反应管内的温度均匀性，防止样品蒸发和冷凝，还能提高酶的耐热性，来提升PCR的效率和准确性。
随着分子生物学技术的慢慢的提升，对PCR仪及其配件的设计和功能要求也慢慢变得高。未来的研究可能会带来更高效、更精确的PCR技术，但就目前而言，正确使用加热盖仍然是实现高质量PCR结果的关键。
首都师范大学和北京化工大学叶能胜研究团队在多巴胺化学发光灵敏检测研究方面取得研究进展
