PCR原理与工作流程
分子生物学中，聚合酶链反应（PCR）是一种常用的技术，用以对特定DNA序列进行高效的放大。这种技术由Cetus公司的科学家Kary Mullis于1983年发明，并因此获得了诺贝尔化学奖。PCR的核心是使用两种互补碱基序列的引物，与目标DNA片段结合，在温度控制下，通过热裂解、扩增和再冷却等步骤不断地复制出目标区域。
关键组成部分
引物：是指在PCR过程中用于启动和停止每个模板单链上新的合成的一对短片段。它们具有与模板DNA特定区域相匹配的碱基序列。
聚合酶：这是将四种核苷酸（腺嘌呤脱氧核糖核酸、鸟嘌呤脱氧核糖核酸、胞嘧啶脱氧核糖核酸和胸腺嘧啤啶脱氧核糖核酸）连接起来形成新DNA链的酶。在自然条件下，存在多种不同的聚合酶，但在实验室环境中最常用的是Taq聚合酶，它能够耐受高温并且稳定地参与到热循环中。
缓冲液：为PCR提供一个稳定的pH环境，以确保各个反应组件正常运作，同时保持适宜温度下的蛋白质活性。
基本步骤与参数
PCR通常包括三大步骤：
初始化阶段：首先将样本加热至较高温度，使所有双螺旋结构断裂，这一步称为-denaturation-。
极化/扩增阶段：随后降低到适宜温度范围内，使得引物可以与模板上的相应区域结合开始生成新的单链，这一步称为-annealing-或-hybridization-。
终止阶段/延伸阶段：最后再次升温使新形成的单链能够被Taq聚合酶继续加长成为完整的双螺旋，此时增加剂量可能会导致不正确插入，因此需要极度小心操作以避免错误。
应用领域及改进措施
PCR广泛应用于遗传学研究，如基因诊断、病毒检测以及遗传工程等领域。此外，由于其效率和灵敏度限制，一些特殊场景下还需进一步优化如RT-PCR(转录后逆转录联用)来提高检测灵敏度或者Q-PCR(实时荧光定量)来快速准确地测量某一基因表达水平。
未来展望与挑战
随着技术发展，不同类型的手持式或便携式设备已经出现，它们使得在现场采集样本并即刻进行分析变得更加可行。但这也带来了数据质量保证的问题，以及如何更好地处理复杂样品中的干扰物质仍然是一个挑战。此外，对抗变异株所需的大规模、高通量检测方法也是当前研究重点之一。
