说起PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)技术，生命科学领域从业人士肯定不会陌生。PCR技术问世已有30多年，期间创新性生物技术不断涌现，然而PCR技术的地位依然不可撼动——在三十多年后的今天，PCR作为一项必不可少的技术手段，仍被广泛应用在基因克隆、基因表达分析、病原体检测、疾病诊断、基因测序、生物制药、基因/细胞治疗、分子育种、物种鉴定、法医鉴定等各个领域。
2020年的新冠疫情席卷全球，新冠病毒实验室检测起到核心作用的，正是PCR技术。
到底什么是PCR技术？
简单说来，PCR技术是利用DNA双链复制的原理，在生物体外大量扩增特定DNA片段的技术，下图展示了PCR的基本过程。
传统的PCR实验结束后，产物需要通过电泳及成像来查看扩增条带，获得定性结果。20世纪90年代中期，在传统PCR技术的基础上诞生了荧光定量PCR技术，简称qPCR技术。qPCR可以对起始模板进行实时的检测，具有特异性好、检测灵敏度高、结果直观、省时、安全等优点，被更多地应用在检测诊断领域。在基础科研方面，qPCR也是基因表达分析研究的主要方法。21世纪初，PCR技术又迎来了第三次创新，出现了数字PCR技术，无需标准曲线就可实现精确定量，但由于其仪器平台和试剂耗材使用成本都远高于qPCR，且操作繁琐，所以目前仍是传统PCR和荧光定量PCR技术应用最为广泛。
与前后三代PCR技术相对应的，当前市面上主要有三种类型的PCR仪，即普通PCR仪、荧光定量PCR仪和数字PCR仪。
一台PCR仪的关键零部件有哪些？
从仪器构成来说，普通PCR仪主要由热循环系统组成，荧光定量PCR仪和数字PCR仪除了热循环系统外，还含有光学检测系统以及配套的操作分析软件。
温控性能是PCR反应最重要的影响因素之一
由PCR原理也可看出，PCR反应是不断升温和降温的过程。需要能在变性-退火-延伸这三个关键步骤进行温度控制。温度控制涉及温度准确性、均一性、升降温速率、温度梯度等多个方面。
温度准确性是PCR仪的重要性能指标。如果仪器温度准确性差，样品槽的实际温度不能达到设定温度，那就无法获得预期的扩增结果，即要么扩增不出来，要么产生非特异性扩增甚至是错误扩增。
温度均一性是获得稳定扩增的保障。若PCR仪的温度均一性差，在出现不同扩增结果时就无法判断是样品本身不同造成还是仪器性能不好所导致。
升降温速率不仅直接影响PCR实验用时，进而影响工作效率，还会影响扩增产物的特异性。升降温速率越快，特异性越好。
PCR仪梯度温度功能对于反应条件的优化(尤其是退火温度的优化)有很大帮助。对于新开展的实验，通过温度梯度功能快速获得最佳退火温度。
样品槽材质影响温控性能
PCR仪样品槽的材质，会影响上述这几个温控方面性能。现在大多数PCR仪采用的是铝合金材质样品槽，高端PCR仪则采用热导性能更好的银质样品槽。
光学检测系统对结果产生很大影响
对于荧光定量PCR仪来说，光学检测系统的好坏对检测结果会产生很大影响。光学检测系统主要包含激发光源、检测器、信号采集方式、检测通道数量等方面。
激发光源需考虑光谱范围和光强。虽然现在新一代产品的激发光源大多都是LED灯，但单色LED灯和复合光白色LED灯，在激发效果上还是各有优劣。最好能利用各自的优势形成既宽又强的光照激发效果。
检测器主要考察的是检测灵敏度。检测器灵敏度当然是越高越好，灵敏度越高，则可以检测到更低的信号强度，也就是说可以检测到更低的样品浓度。应用在qPCR仪上的检测器主要有PMT和CCD，光电倍增管PMT的检测灵敏度要高于CCD。
每个公司的产品都有自己独特的信号采集方式，有些产品会存在信号光程差的问题，必须额外增加校正染料，比较麻烦。
检测通道数量的多少，将决定该仪器最多能做几重的荧光检测。不同应用领域对于检测通道的多少要求不同，比如做基因表达分析的用户只需一个检测通道就够了，而像新冠病毒检测通常都需要三重或四重检测，这对于仪器的配置就会有不同的要求。
除了上述的温控和光学检测系统外，样品通量、样品槽的多样性、热盖的防蒸发效果、运行时的噪音水平、平台对试剂耗材的适用性、操作界面的友好性等，也是考量一台PCR仪好坏的方面。此外，由于PCR仪是一个使用频率非常高的仪器，所以仪器的耐用性和售后服务也是用户关心的问题。
1989年，革新性的三槽PCR仪诞生
谈到PCR仪，就不得不提到一家具有三十多年PCR仪研发制造历史的欧洲老牌PCR仪生产商——Biometra公司。2009年，Biometra被德国分析仪器巨头耶拿公司收购，如今Biometra已成为耶拿旗下一员猛将。
红色是耶拿PCR仪的传统色，大家可以在很多实验室看到使用了十年以上的红色PCR仪还继续工作在第一线。
经典的TProfessional PCR仪 新一代TAdvanced PCR仪
耶拿公司第一代PCR仪可追溯到1989年，距离全球第一台PCR仪面世仅隔短短一年时间，且这台PCR仪为革新性的三槽PCR仪，可见耶拿PCR仪从一开始起点就很高。
PCR仪快、准、稳“镀金银槽”功不可没
除了极具特色的三槽PCR仪外，“镀金银槽”也是耶拿PCR仪另一大特色。典型代表是Biometra TAdvanced 96 SG 高速PCR仪。为了实现高精准的温度控制，早在二十多年前，耶拿公司就开创性地采用银质材料来制作反应样品槽，为了防止银质氧化，又特意在外面镀上一层惰性纯金，由此形成快速耐用的“镀金银槽”。
镀金银槽再配合高端耐用的帕尔贴、瑞士PT100温度传感器，得以实现±0.1 ℃的温度准确性和±0.15 ℃的温度均一性。而市面上同类产品的温度准确性和均一性通常在±0.25 ℃以上。
耶拿PCR仪极具特色的镀金银槽
镀金银槽还带来一个显著的优势，就是反应速度快。高速PCR仪Biometra TAdvanced 96 SG在保持上述优异的温度精准度外，还能实现最大升温速度8 ℃/s，最大降温速率6 ℃/s，正如火车中的高铁复兴号，运行又快又准又稳。
也许有人会说：“PCR反应时间慢点也没关系，我可以等”。让我们通过以下的两个实验案例，来看一下高速PCR仪扩增的优势所在。
案例1：一位做基因克隆的实验人员合成了6对引物对目的基因进行扩增，在实验室现有的某进口品牌普通PCR仪上扩增多次，均告失败。试用了一台耶拿公司的高速PCR仪，结果惊喜地发现，在6对引物中，有2对可以很好地扩出目的基因。
M：Marker 1-6：6对引物在高速PCR仪上的扩增结果 7-12：6对引物在普通PCR仪上的扩增结果
案例2：某模式生物公司在开发基因敲除实验方法时，对比了耶拿高速PCR仪和某进口品牌普通PCR仪的扩增结果，发现耶拿高速PCR仪的扩增效率更高。
任何实验室都有可能会碰到一些不易扩增的实验，反复优化PCR实验条件非常费时费力费钱，这个环节不应成为影响整个实验进程的障碍。好的实验工具能使工作事半功倍，所以一台高速PCR仪对于实验室来说是必要的，遇到扩增的疑难杂症，用高速PCR仪来快速解决!
耶拿PCR仪还有一个深受用户喜欢的特点是静音，即使多台仪器同时工作也听不见噪音，能够为用户提供舒适安静的实验环境。
耶拿红色PCR仪
自动化检测平台将迎快速增长 耶拿推出自动化定量PCR仪
今年新冠疫情的暴发，人们对于自动化工作平台的需求变得更加迫切和强烈。自动化PCR检测平台对于样品多而人手有限的的政府检测部门、医院、生物制药企业以及一些大型实验室中心平台来说必不可少。当前已有越来越多的个人实验室在积极搭建自动化系统，可以预见未来几年将迎来全自动检测平台的快速增长。
今年，耶拿最新推出配合自动化工作站使用的自动化PCR仪Biometra TRobot II和自动化荧光定量PCR仪qTOWER3 auto。
自动化PCR仪Biometra TRobot II
Biometra TRobot II
其实早在2001年耶拿公司就已领先推出自动化PCR仪TRobot。用机器代替人工操作，不仅可大大提高工作效率，减少错误率，还可以有效保护操作者的安全。此次推出的Biometra TRobot II新品，延续了高速精准的镀金银槽，并针对机械臂的操作特点，设计出三面开盖方式，能够和市面上多种自动机械臂兼容使用，形成PCR体系构建和PCR反应的全流程自动化。
自动化荧光定量PCR仪qTOWER3 auto
qTOWER3 auto
自动化荧光定量PCR仪同样可以整合包括耶拿CyBio FeliX在内的多种自动化平台。qTOWER3 auto最高6通道检测能力，可实现多台仪器的串联使用，进一步提升高通量样品的自动化检测能力。
qTOWER3 auto新推出不久，珀金埃尔默公司(Perkin Elmer) 便与耶拿公司合作，针对新冠病毒核酸检测，整合qTOWER3 auto推出了explorer G3全自动化系统，每天可完成10000人份样品的新冠检测，为新冠病毒核酸检测提供了一个无人值守、高通量全流程自动化的解决方案。
正如开头所说，PCR技术现在还是一个无可替代、应用广泛的技术。作为来自德国的PCR世家，耶拿公司还将一如既往地为广大用户提供快速、精准、耐用、便捷的PCR系列产品，并进一步发挥耶拿PCR的优势来满足新的应用发展需求，我们真诚希望好产品能为更多的用户带来切实的帮助。
作者：吴潇韫，德国耶拿公司生命科学部产品经理。毕业于浙江大学，熟悉分子生物学相关的前沿知识和技术，具有十几年PCR和qPCR方面的推广和应用经验。
关于德国耶拿公司
德国耶拿分析仪器股份公司(Analytik Jena AG，简称AJ公司)成立于1990年，总部设在世界光学精密仪器制造中心的德国耶拿(Jena)市。耶拿公司的前身为久负盛名的卡尔?蔡司公司分析仪器部，传承了蔡司公司160多年的精密光学仪器研发制造经验。德国耶拿生命科学部是技术领先、产品齐全的专业供应商，旗下的Biometra、UVP、CyBio等工厂能为全球生命科学客户提供从样品制备、核酸纯化、自动化工作站、到PCR/qPCR、电泳、多功能成像、活体成像等“一站式”的整体高效解决方案。