PCR仪扩增原理.ppt.ppt

PCR仪的扩增原理 生科四班 崔文强 PCR仪是什么 简单的说，PCR仪就是利用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。目前常用的技术，可以将一段基因复制为原来的一百亿之一千亿倍。 PCR反应 高温变性： 90 ～95 ℃ 低温退火： 50～65 ℃ 室温延展： 70 ～75 ℃ PCR仪器 PCR仪的控温系统 PCR仪的控温系统就是它的核心系统，温度控制的精度非常重要，直接影响PCR实验的成功与否，较大的温度偏差会导致PCR实验失败。近年来的研究表明 ，提高PCR热循环中3个温区之间的升降温速率，不仅能够缩短整个PCR扩增过程所需时间，而且特异性更好。因此，PCR反应中的温度控制不仅涉及升温降温和恒温过程，还要求温度控制的精度高，超调少，调节时间短。 功率放大电路 由于数字信号处理器产生的PWM波功率太小不能驱动加热制冷片，所以利用高端和低端驱动器组成的H桥功放电路放大PWM波 PWM：利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术 功率放大电路 温度传感电路 采用高精度铂电阻器pt100作为温度传感器，pt100采用三线制接法，三线制传感器要求引出的三根导线截面积和长度均相等，测量电路一般使用不平衡电桥，pt电阻器作为电桥的一个桥壁电阻，其余两根分别接到pt电阻器所在的桥壁和与其相等的桥壁上，运用运算放大器工作在线性区域的特点，将恒流源原理运用到 桥式测温，设计了一种消除非线性误差的电桥电路。 温度传感电路 半导体加热制冷片 半导体加热制冷片采用直流电流，通过改变直流电流的极性来实现加热或制冷，工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联接成电偶对时，在这个电路中接通直流电源后，就会产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件向N型元件的接头释放热量，成为热端。单片的加热制冷片由两片陶瓷片构成，其间有N型和P型的半导体材料碲化铋，这些半导体元件在电路上以串联形式联接组成。 热盖 恒温在100℃以防止反应液的蒸发。反应时热盖与各样品管紧密接触，对各样品管均匀施压，使得温度传递匀速均匀，而且方便省事，无污染。它比丝状电阻器结构提供更均匀的热场，更短的加热时间和更快的响应时间，功率负荷低，使用寿命更长。 温度控制系统硬件总体框图 A/D：将数字信号转换成模拟信号 闭环控制过程 由数字信号处理器产生的脉冲宽度调制（PWM）波经功率放大电路驱动半导体加热制冷片以pt100作为温度传感器构建一种消除非线性误差的电桥传感电路，将温度信号转换为电压信号，电压信号送入处理器的A/D转换模块，同时进行位置式PID算法，然后调节PWM波的占空比，使整个系统对温度信号达到闭环控制。 PID：比例、微分、积分，基于反馈的概念以减少不确定性。 参考文献 基于分段式超前校正的微流控PCR温度控制器----刘勇，高娜，李志刚，朱灵，李飞，张龙（中国科学院 安徽光学精密机械研究所 光电子技术研究室，安徽 合肥 230031） 基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制----何浩，冯继宏，李开祥（北京工业大学 生命科学与生物工程学院，北京 100124） 基因扩增（PCR）分析仪温度控制----潘爱先，赵卫华，陈得增（1.青岛理工大学自动化学院，山东 青岛 266033；2.青岛科技大学图书馆，山东 青岛 266042） * * * * 大致来讲，PCR的原理主要有三部分：变性，退火，延展。而变性需要外加90 ～95 ℃的温度，退火要 50～65 ℃，延展要 70 ～75 ℃。可见温度变化频繁，范围较大。PCR技术中，温度的变化要尽可能的快，否则将对实验造成很大的影响。而温度的变化，人为操作较为困难，于是PCR仪应运而生。 从PCR技术的产生到目前虽仅仅30年，但其在科研上应用较为广泛。与之对应的仪器也种类繁多。目前市面上常见的有这些普通PCR仪,梯度PCR仪,原位PCR,实时荧光定量PCR仪等，虽然种类不同，但由于其核心又都是应用PCR技术，故基本原理相同。而衡量他们品质的优劣，很大程度上取决于温度。因此今天我们主要来讨论他的控温系统。 结合资料和个人见解。认为控温系统主要分升温方式一 般采用半导体加热 、 红外灯加热、 电炉加热、 特种合金 丝加热 ； 降温方式一般采用半导体制冷 、 压缩机制冷 、 水冷、 风冷。 PCR技术 以DNA为模本的反应 以mRNA为模本的反应 。。。 普通PCR仪 梯度PCR仪 原位PCR仪 实时荧光定量PCR仪 功率放 大电路 A/D 加热制 冷技术 驱动电路 信号放 大电路 变温室 温度检 测电路 输出 电路 核 心 芯 片 * * * 大致来讲，PCR的原理主要