|
原文来源：综合于仪器信息网、生物库，药陌、IVD工具人 PCR仪是一种用于进行聚合酶链反应（PCR）的实验仪器,通过依次变换温度来实现PCR反应的不同步骤，包括变性、退火和延伸。在体外以类似于细胞内DNA的半保留复制过程，以拟扩增的模板DNA分子，与模板DNA互补的寡核苷酸引物、DNA聚合酶、4种dNTP及适合的缓冲体系组成的反应体系，经过重复地变性一退火一延伸三步，扩增新的目的DNA链，这个过程通过控制反应体系的温度来实现。 
PCR仪通常具有以下特点和功能： 均匀的温度控制：PCR仪能够准确控制温度以执行PCR反应需要的不同步骤，如变性、退火和延伸。温度可根据实验需求进行程序化设定。 高精度的温度探测：PCR仪通常配备了高精度的温度传感器，以确保反应温度的准确性和稳定性。 设计合理的热传导系统：PCR仪通常采用高效的热传导系统，以确保温度变化的迅速性和均匀性。 自动化控制和监测：PCR仪配备了自动化的控制和监测系统，可以自动调节温度变化，显示反应进程并记录实验数据。 多样化的容量和样品适用性：PCR仪通常可容纳不同规格的试管和样品量，以适应不同的实验需求。 连接计算机：PCR仪通常可通过USB或其他接口与计算机连接，以便于实验数据的处理和分析。
总之，PCR仪是用于PCR反应的专门设备，具有温度控制、精确温度测量、自动化控制和监测等特点，能够高效地进行PCR实验。 PCR仪的发展可以追溯到1983年，由美国生物化学家凯瑟琳·白普托（Kary Mullis）首次提出聚合酶链反应（PCR）的方法。随后，PCR技术在分子生物学领域获得了广泛的应用，并且推动了PCR仪的发展和完善。
最初的PCR仪是在早期使用恒温水浴槽和温度控制器等设备的基础上构建的。随着对PCR技术的需求不断增加，早期的PCR仪已不足以满足实验的需要，因此出现了更高级的PCR仪器。1990年代，PCR仪开始出现商业化和市场化的趋势，许多生物技术公司开始生产和销售PCR仪。这些PCR仪在温度控制、稳定性、自动化程度和多重功效等方面进行了改进和创新。随着时间的推移，PCR仪的发展趋势主要包括以下方面：- 提高温度控制和稳定性：PCR仪不断改善温度控制系统，使温度变化更加精确和稳定，以保证PCR反应的准确性。
- 自动化和高吞吐量：PCR仪开始引入自动化技术，包括自动反应设置、样品装载和实验执行等。这使得PCR反应能够更快、更高效地进行，且可以同时处理多个样品。
- 小型化和便携性：为了满足实验的灵活性和方便性，一些PCR仪开始朝着小型化和便携化的方向发展，如便携式PCR仪和微型PCR仪。
- 进一步集成其他功能：一些现代PCR仪已经集成了其他功能，如荧光检测、实时监测、自动数据分析等。
随着技术的不断进步和需求的不断增加，PCR仪在温度控制、自动化程度、样品处理能力和实时监测等方面不断改进和创新，使得PCR技术更加方便、高效和可靠。PCR仪的工作原理涉及到PCR反应的不同步骤，包括变性、退火和延伸。- 变性（Denaturation）：PCR反应开始时，PCR仪会将反应混合物加热至高温（通常为94-98°C），以使DNA双链分离成两个单链。这个步骤会破坏DNA的氢键，使DNA解开，并使DNA片段的序列可供扩增。
- 退火（Annealing）：随后，PCR仪会将温度降低至较低的退火温度（通常为50-65°C），以便引物（或引物组合）与DNA模板的目标区域结合。引物是一小段具有互补碱基序列的短链DNA片段，其序列与目标DNA片段的起始和终止位置相匹配。
- 延伸（Extension）：然后，PCR仪会将温度升高至适合DNA聚合酶活性的温度（通常为72°C）。在此温度下，DNA聚合酶酶通过添加新的核苷酸以延伸引物，合成新的DNA链。这个步骤会在每个引物位点上反复进行，使扩增产生的DNA链数量成倍增加。
- 温度控制系统：PCR仪使用高精度的温度控制系统，能够精确地控制反应温度的变化，以保证每个步骤的进行。
- 加热和冷却系统：PCR仪用于加热和冷却反应混合物的加热炉和冷却装置是基本的部件，用于实现温度变化。
- 混合和分离系统：PCR仪通常配备了混合和分离反应混合物的装置，以确保反应均匀进行。
- 自动化控制和监测：许多现代PCR仪器具备自动化的控制和监测系统，能够自动调节温度变化和监测反应进程。
- 数据收集和分析：PCR仪通常能够将反应结果以数字化形式显示和收集，并提供有关扩增产物数量和特性的数据。
总之，PCR仪通过精确的温度控制和不同步骤的循环进行PCR反应，从而实现DNA片段的扩增。这些PCR仪通常具备温度控制、自动化控制和监测以及数据收集和分析等功能。PCR仪由多个组成部分构成，包括温度控制装置、反应管装载系统、加热和冷却系统、混合和分离系统、检测系统以及控制和数据处理系统等。- 温度控制装置：PCR仪的核心部件之一，用于精确控制反应温度。常见的温度控制装置包括：Peltier电效应装置、恒温水浴槽等。
- 反应管装载系统：PCR仪的反应管装载系统用于容纳PCR反应混合物。可以是固定式反应管位，也可以是可移动式反应管座。
- 加热和冷却系统：PCR仪需要能够快速升温和冷却的系统，以实现PCR反应过程中的温度变化要求。通常使用Peltier电效应装置来实现高效的加热和冷却。
- 混合和分离系统：PCR反应需要充分混合反应物质，同时也需要分离反应物质。一些PCR仪配备了混合和分离设备，如摇床、电动搅拌器等。
- 检测系统：PCR仪的检测系统用于监测PCR反应的进行和结果。常见的检测系统包括荧光检测器、紫外可见光谱仪等，用以检测PCR产物或标记物。
- 控制和数据处理系统：PCR仪通常配备了控制面板和显示屏，用于设置PCR反应参数、监控反应进展，并提供实时数据和结果。某些PCR仪还可以通过计算机连接进行更复杂的控制和数据处理。
- 安全系统：PCR仪还配备有一些安全措施，如温度和时间的限制、过热保护等，以确保实验的安全进行。
上述组成部分可以根据具体的PCR仪型号和功能不同而有所差异，但它们共同实现了PCR反应的各个环节，从而方便、高效地进行PCR实验。PCR仪可以根据其功能和设计特点进行分类或分类，常见的PCR仪分类有：
- 常规PCR仪：具备基本的PCR反应功能，可用于标准PCR反应，如扩增DNA片段。
- 实时PCR仪：能够在PCR反应过程中实时监测DNA的扩增情况，并能够提供扩增曲线和测定扩增产物的数量。
- 定量PCR仪：可以定量测定PCR产物中目标基因的数量，用于精确测定RNA或DNA的相对表达水平。
- 数字PCR仪：利用数字PCR技术，可以直接计数PCR反应产物的分子数目，无需基准曲线校正，用于精确测定DNA或RNA的拷贝数。
- 热循环PCR仪：可以通过热循环方式实现PCR反应，即在同一仪器中通过温度变化实现反应条件的切换，适用于复杂PCR反应设计。
- 多用途PCR仪：具备多种PCR反应模式和功能，可用于不同类型的PCR反应，如常规PCR、实时PCR、定量PCR等。
- 随身PCR仪：小型便携式PCR仪，适合实验室外或特定地点使用，具备基本的PCR反应功能。
请注意，以上分类并不是严格的互斥关系，某些PCR仪可能具备多种功能和特点。此外，还有一些特殊类型的PCR仪，如荧光定量PCR仪、数字荧光PCR仪等。PCR仪是一种用于聚合酶链反应（PCR）的实验室仪器，广泛应用于生物医学研究、生命科学和分子生物学等领域。以下是PCR仪的主要应用领域：- 分子诊断：PCR仪在医学诊断中广泛应用，如检测病原体、遗传突变和基因表达等。
- 遗传学研究：PCR仪可用于基因组分析、DNA测序、基因突变检测、基因表达研究等遗传学实验。
- 法医学：PCR仪可用于DNA鉴定和刑事侦查，如犯罪现场样本的DNA分析。
- 生物多样性研究：PCR仪可以用于鉴别、定量和分析不同生物种群、种类或物种的DNA或RNA。
- 植物学研究：PCR仪可用于植物基因组分析、基因表达研究、转基因检测等。
- 病毒学研究：PCR仪可以用于检测、鉴定和定量病毒感染，如新型冠状病毒的检测。
- 环境科学：PCR仪可用于微生物生态学研究、水质检测和环境监测等。
总的来说，PCR仪在分子生物学领域的应用非常广泛，可以帮助科学家们进行基因分析、病原体检测、分子诊断等研究。- 高度敏感性：PCR仪能够在非常低的起始DNA浓度下进行放大和检测，具有高度敏感性，可以检测到微量的DNA分子。
- 高度特异性：通过设计特异性引物，PCR仪可以选择性地放大目标DNA序列，避免了非特异性放大的问题，提高了检测的特异性。
- 快速高效：PCR仪采用循环放大的方法进行DNA扩增，反应时间相对较短，通常几小时内就可以得到结果，因此能够快速高效地完成实验。
- 可复制性和重复性好：PCR反应的过程可被准确地控制和重复进行，使得PCR仪的结果具有良好的可重复性，可用于定量和定性分析。
- 多样性和灵活性：PCR仪的方法和技术有多种多样，可以应用于不同的实验需求，如定量PCR、逆转录PCR、实时荧光PCR等。
- 可自动化：PCR仪的操作可以通过自动化程序进行，减少了人工操作的误差，提高了实验的准确性和稳定性。
综上所述，PCR仪具有高度敏感性、高度特异性、快速高效、可复制性和重复性好、多样性和灵活性以及可自动化等优点，使其成为分子生物学研究和临床诊断中不可或缺的重要仪器。- PCR仪对样本的处理和前处理要求严格：在进行PCR反应前，需要对样本进行DNA提取和纯化等步骤，这些步骤繁琐且容易引入外源DNA污染，可能影响结果的准确性。
- 容易受到污染的影响：由于PCR反应对污染非常敏感，仪器和试剂的污染可能导致假阳性或假阴性结果，因此在操作过程中需采取严格的无菌条件。
- 存在扩增偏差：PCR是通过循环放大的方式进行DNA扩增，其中早期扩增的片段会相对较快达到饱和状态，而后期的片段则需要更多循环才能达到饱和，可能导致扩增的偏差，影响结果的准确性。
- 有限的扩增长度：PCR反应的扩增长度受限于引物的设计和DNA聚合酶的活性，通常在几百至几千碱基之间，对于更长的片段扩增会出现困难。
- 可能存在误放大和非特异性扩增：在PCR反应过程中，存在误放大和非特异性扩增的潜在问题，特别是在样本中存在复杂的DNA混合物、有序列相似性的靶标或低质量的DNA模板时更容易出现。
- PCR仪的使用成本相对较高：PCR仪本身价格较高，同时需要使用特定的试剂和耗材，增加了实验的成本。
综上所述，虽然PCR仪在分子生物学研究和临床诊断中发挥了重要作用，但仍存在对样本处理的要求严格、易受污染影响、扩增偏差等缺点。在进行PCR实验时，需要注意这些不足之处，并采取相应的措施来减少其潜在的影响。- 在操作PCR仪之前，应先确认设备是否处于正常工作状态，如仪器是否通电、温控是否正常等。
- 在操作PCR仪时，应佩戴实验手套，并保持操作区域的清洁卫生，避免任何污染。
- 在打开PCR仪上盖之前，应确保内部温度已经达到所需的温度，避免温度突变对实验结果的影响。
- 载物板上的样品应按照实验要求正确放置，并且应记好标识，便于后续分析和识别。
- 在操作PCR仪的过程中，应关注并及时调整温度和时间参数，确保PCR反应的准确性和高效性。
- 操作完成后，应正确停止仪器的运行，关机前应将设备内部温度调整至适当的范围，避免突然改变环境温度。
- 定期对PCR仪进行维护和清洁，保持仪器的正常工作状态，并根据实验室的要求定期校准设备。
- 在操作PCR仪时，应仔细阅读和理解仪器的使用说明书，根据实验要求正确操作。如有任何疑问或困惑，应咨询相关专业人士。
在后疫情时代的起点，PCR仪整体的市场需求较2022年成负增长。而荧光定量PCR仪作为PCR仪采购量最大的类型，其采购需求和市场格局又将呈现什么样的变化趋势呢？为此，小编特别查阅了中国政府采购网，详细整理了近两年荧光定量PCR仪的采购数据，以期反映出该市场的发展趋势和变化。（注：由于中国政府采购网公示的中标信息数量有限，存在一定局限性，文中统计分析仅作为参考数据，可在一定程度上反映出市场需求走势及各品牌知名度和行业地位等。）同比下降25.38%，但较2019年增长26.7%2017年-2023年荧光定量PCR仪中标信息统计从2017年-2023年荧光定量PCR仪的中标信息统计数据中可知，前疫情时代荧光定量PCR仪的中标数量走势基本稳定，平均每年中标406条，2020年-2022年荧光定量采购需求大涨，平均每年中标716条，与前三年平均中标数量相比增长了76.35%，且荧光定量PCR仪与PCR仪的需求变化一致，这表明疫情期间PCR仪的市场需求主要来自荧光定量PCR仪。后疫情时代，荧光定量PCR仪的市场需求下滑，较2022年下降了25.38%，但较2019年增长了26.70%。各机构采购荧光定量PCR仪的占比（左：2023年 右：2022年）通过2023年和2022年各机构采购荧光定量PCR仪的占比图可知，疫情期间医院的采购占比最大，已超半数；其次是高校/科研院所、疾控中心、政府机构。虽然2023年荧光定量PCR仪的主要采购机构类型并未发生变化，但各自的占比却呈现不同的变化趋势：相较于2022年，2023年医院的采购需求下降了将近20个百分点，因此，其他采购单位的占比有所上升。国内市场竞争激烈。2023年和2022年荧光定量PCR仪中标品牌排名前五的市场占有率之和分别为60.93％和68.73%，这均与2019年的86.2%相比有明显的下降，且2019年市场占有率排名第一（赛默飞）的市场份额为44.7%，在最近两年也已经下降到了2023年的16.03%。国产品牌竞争力显著增强。疫情期间受多方面因素的共同影响，荧光定量PCR仪领域国产替代效果显著，国产品牌占有率远高于进口品牌占有率。疫情前，荧光定量PCR仪采购量排名前五的均为国外品牌，但2023年，在采购量排名前五的厂商中已经有4家是国产品牌，甚至在2022年天隆的市场占有率一度超越赛默飞，以26.64%的占比稳居榜首。从近几年的市场表现来看，雅睿、天隆、博日、宏石跻身国产荧光定量PCR仪第一梯队，且上述四家的市场表现相差不大。下面，小编也统计了2023年荧光定量PCR仪中标量排名前10的仪器型号～分省份来看，2023年荧光定量PCR仪在各个省份的采购数量占比如上图所示，排名前五的省份分别是广东、新疆、北京、山西、河北，合计占到全国采购量53.43%的半壁江山。其中，广东地区采购的荧光定量PCR仪，40%的采购单位是医院；新疆地区采购的荧光定量PCR仪，96%都被疾控中心收入囊中；北京地区的荧光定量PCR仪，44%被用于医院；山西地区采购的荧光定量PCR仪，50%应用于科研院所；河北地区采购的荧光定量PCR仪中，80%被用于医院。原文来源：综合于仪器信息网、生物库，药陌、IVD工具人
|
