對普通PCR儀來說,溫度控制主要是指溫度的準確性、均勻性、以及升降溫速度,對
梯度PCR儀來說,除了溫度的準確性和均勻性、升降溫速度以外,還必須考慮儀器在梯度模式和標準模式下是否具有同樣的溫度特性。
溫度的準確性是指樣品孔溫度與設(shè)定溫度的一致性,它直接關(guān)系到實驗的成敗。如果排除樣品加入過程中的問題,對于PCR反應(yīng)而言zui重要的莫過于溫度控制的準確性,由于PCR是一個幾何級數(shù)擴增的過程,擴增過程中退火溫度的細微變化會被放大而直接影響結(jié)果,不論是變性、退火還是延伸都需要準確控制溫度,對退火溫度而言溫控顯的尤為重要,有時1度甚至0.5度的差異也能決定實驗的成功與失敗,所謂差之毫厘,謬之千里。因而對PCR擴增儀而言溫度控制就意味著質(zhì)量。
溫度的均勻性是指樣品孔間的溫度差異,它關(guān)系到在不同樣品孔進行反應(yīng)結(jié)果的一致性。我們在實驗中發(fā)現(xiàn)有時用同樣的樣品,同樣的PCR反應(yīng)程序,zui后的結(jié)果竟然差異非常明顯,或許就是因為不同位置的溫度不均一性所致。一些使用過早期PCR儀的腦子格外靈光的研究人員偏愛使用PCR儀中間某幾個固定的孔,就是因為過往反復(fù)的教訓和認真的思索得出了這樣的結(jié)論,PCR儀的溫度均勻性不好,特別是zui外周的樣品孔情況更差,很有可能影響實驗結(jié)果-即“位置的邊緣效應(yīng)”會影響結(jié)果的可重復(fù)性。正是這種位置效應(yīng)對定量PCR的結(jié)果的影響更為明顯。
溫度控制除了度,還有一個廠家喜歡大力宣傳的指針-升降溫的速度。更快的升降溫速度,可以縮短反應(yīng)進行的時間,而且縮短了可能的非特異性結(jié)合、反應(yīng)的時間,能提高PCR反應(yīng)特異性。因此從本質(zhì)而言溫控方式就從以前相對穩(wěn)定耐用的機械式轉(zhuǎn)向了升降溫更快速的半導(dǎo)體。除了機械本身的原因,影響升降溫速度的還有制作承托樣品管的基座模塊的材料的導(dǎo)熱性。
作為用戶來說,當然更愿意選擇升降溫速度快的,這就像汽車上好看的表面配置一樣容易看到,而內(nèi)在的穩(wěn)定性和耐用性往往是看不到的而容易被忽略。必須注意到,儀器的升降溫速度和樣品管中的樣品的升降溫速度并非同一回事,因為樣品管與基座接觸的緊密性、導(dǎo)熱性、鄰近樣品管的相互影響都會影響樣品的實際升降溫速度?,F(xiàn)在的PCR儀一般具有兩種溫控模式,即模塊溫控模式(Block-control)和反應(yīng)管溫控模式(tube-control)。在模塊溫控模式下,機器根據(jù)探測器直接探測的溫控模塊(即承載樣品的金屬臺)的溫度進行控制,這種模式適用于長時間的靜態(tài)孵育(如連接、 切、去磷酸化等)。反應(yīng)管溫控模式實際上是一種仿真試管/PCR板的溫控模式,根據(jù)探測器所探測到的溫控模塊的溫度由計算器計算出管內(nèi)/PCR板孔內(nèi)樣品液的溫度來進行控制。一般說來,管溫控更為準確,因為管內(nèi)樣品的溫度無法與溫控模塊同時達到預(yù)設(shè)溫度。特別是PCR反應(yīng)中的孵育過程一般都很短暫(30秒或更短),如果采用只有模塊溫控模式的話,反應(yīng)混合物孵育的時間與程序設(shè)定的時間會有相當大的差距。而反應(yīng)管控制的算法能自動補償時間,而且適合各種類型的反應(yīng)管,確保反應(yīng)混俁物按照程序設(shè)定的時間維持預(yù)設(shè)溫度。
梯度PCR:對于一個PCR反應(yīng),雖然有各種各樣的PCR引物設(shè)計軟件或者經(jīng)驗公式計算zui適的退火溫度,可是由于模版中堿基的組合千變?nèi)f化,對于特殊片斷,經(jīng)驗公式得到的數(shù)據(jù)不一定能"P"出來結(jié)果,細微的變化對結(jié)果都可能產(chǎn)生決定性的影響,因而“摸條件”一度是讓人很頭疼的問題。梯度PCR的出現(xiàn)部分解決了一些問題-在反應(yīng)過程中每個孔的溫度控制條件可以在范圍內(nèi)按照梯度變化,根據(jù)結(jié)果,一步就可以摸索出的反應(yīng)條件。不單退火溫度,連變性溫度和延伸溫度都可以優(yōu)化-對于多種聚合酶混合擴增來說這個非常重要,因為Taq和校正酶的*反應(yīng)溫度可能有顯著差異,優(yōu)化延伸溫度就顯得很重要。
對于帶梯度功能的PCR儀,需要考慮梯度模式下不同梯度管排間的溫度均勻性和準確性,還必須考慮儀器在梯度模式和標準模式下是否具有同樣的溫度特性。這種差異可能導(dǎo)致在梯度模式下得出的*條件與標準模式下單獨做的結(jié)果出現(xiàn)差異。