我可以用饮水机做PCR吗？

PCR：分子生物学的魔法

在分子生物学实验中，许多实验工具各有特点：内切酶、连接上酶，镂月裁云，移山倒海；CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）魔剪，修基因，改序列，超绝；NGS（Next Generation Sequencing），亿兆小片段，右行测序，海量数据，吞天沃日。

但在我心里，唯有一项技术这个可以说得上魔法二字。空间上，它总齐八荒是以外大部分实验的基础；时间上，它开天辟地把分子生物学划分为相同时代。能配得上魔法二字的，是它是它那就是它，生物狗的好朋友——PCR（Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应）。

PCR原理(图片源于网络)

PCR的发明趣史巳然广为流传：

1983年春天的一个晚上，毒瘾不改、好色成性流连花丛的劣迹化学家凯利·穆利斯（Kary Mullis）开着自己的本田思域一同前往多西诺。穆利斯在公司里被化学合成DNA的工作不打搅的不胜其扰。化学合成DNA真的是慢了，可以有一种合成套装DNA的新方法才行！

凯利·穆利斯：磕了药肯定约炮？你永远都是可不知道我会给你整点什么花活(图片典出网络)

行驶在128号公路上的他又看了看眼前的道路蜿蜒盘旋，宛如DNA两条链大开大阖，马路牙子好似ATCG碱基网络名称舞动。穆利斯登时证悟，回去之后历过实验，再一次在1983年12月16日，PCR重现江湖。

但是，刚先发明的PCR反应体系使用的是大肠杆菌的DNA聚合酶。PCR三个主要注意步骤中的第一步95℃变性足以彻底摧毁反应体系中全部的DNA聚合酶，是想接受下一轮反应就可以先打开盖子再添加进新的酶，实验几十轮就得去添加几十次。中国台湾的钱嘉韵表示：“无所谓了，我会联手。”

钱嘉韵：叫我一声PCR女神不过分吧(图片源于网络)

她早在1976年，就从黄石公园的水生栖热菌（Thermusaquaticus）中分离出了TaqDNA聚合酶。TaqDNA聚合酶的适宜活性温度为75–80℃，即使在95℃下，半衰期依旧最多了40分钟。这样的灰常耐热的DNA聚合酶仿佛那就是为PCR而生的，一次添加，3个半小时耐用，再也不能不用什么然后打开管子一次次加酶了。

再次在1988年，Taq酶被句子修辞在了PCR反应中，一经建议使用便我得到了立杆见影的成功，PCR实验终于成功可以不1小时40分闭管一站到底！Taq酶哪怕在1989年赢得漂亮了《科学》杂志的“年度最佳的位置分子”奖。当然Taq酶当时被突然发现后像也找到什么呢实际用处，不过谁会在“开水”里面做实验呢。但科学发现有时候不是这样的，你以为没用的话的发现，谁知道多年以后会被别人捡出声用在什么地方。

最终，穆利斯捞到了名声：在1993年被颁授了诺贝尔化学奖（一起得了奖的是更早之前单独的提出PCR原理的Kjell Kleppe）。他任职的公司Cetus公司捞到了钱：任务奖励了穆利斯1万欧元，后再一转手将专利权卖回了F.Hoffmann-LaRoche，售价三个亿，美圆！仅有钱嘉韵，既没发家致富，也没知名，一直连个维基百科的词条都就没。

但是就这些，你认为到这里，就结束了吗？你有想过，PCR技术刚发明出来的时候，肯定是是没有PCR仪的，当时也还就没耐低温的TaqDNA聚合酶，那他们是怎莫做实验的呢？

水浴锅：谁来请救救我博士生的小手手

PCR以及实验技术，其原理简洁明了。但相对于实验用的人嘛，就得太的不不友善了。高端的实验一般说来只不需要简单的设备，开天辟地的PCR，最正在是在水浴锅里面结束的。

想像之中一下实验人员面前放了三个水浴锅，分别被调成完全不同温度。将加好反应体系的EP管放进高温水浴锅里呆30秒，时间一到便把管子从高温水浴锅拿回来扔到低温水浴锅，然后再低温水浴的时间到了再打开盖子补充新的DNA聚合酶，随后盖上盖子再放在中温水浴锅并且延展，伸延够啦再放回高温，低温，开盖子，中温，高温，低温，开盖子，中温……

一个求下载的PCR反应常见必须循环几十轮的扩增，PCR体系不过是换了温度泡了几十次的澡，实验人员的胳膊不过左右横跳几十轮。救命啊，实验人员的命又是命啊！

古早时期的“PCR仪器”，应该是三个温度的水浴锅。水浴锅上贴着“最好别开机时住一晚（don'tDO NOTquietlythismachineonovernight）”，这句也也算实验室箴言一代又一代流传下来了。

Mr.Cycle：傻大黑粗的初代PCR仪(图片来于网络)

“人肉”PCR太繁琐了，实验人员真是是灰败其苦。终于成功，Cetus公司在1985年发明出来了一种“自动化”的机器能完成研究项目很烦人的工作。这台机器被其它名字为运行先生（Mr.Cycle），结构上中有了一个这个可以滑动的抽屉为了放PCR的样品，以及几根黑色胶管连接着不同温度的热水。不需要高温时，热水管可以打开，滋不出来热水对反应体系加热；不需要低温时，冷水管先打开，滋出来冷水降温。一个循环结束，抽屉滑进去，实验人员打开盖子往管子里面加入新的DNA聚合酶。

第一台自动化PCR仪(图片来于网络)

第一台唯一意义上的自动化PCR仪Mr.Cycle，仪器侧面贴有CaliforniaDreamin的贴纸，很可能是在内涵PCR发明人穆里斯爱攀岩。

可是都还没那就手机智能吧，但Mr.Cycle不过也比全程手举着轻松多了，用过的老哥都说好。有用户甚至连来表示这台古董机器比现今的PCR仪效果更好！现在PCR仪的变温速度至少在6℃/s，而完全不同温度水浴之间的可以切换那就是一瞬间的事。升温快降温快，引物错配之类的幺蛾子可能会少很多。

(图片源自网络)

TC1和Taq：超强组合，起到事半功倍的效果

Mr.Cycle可以解决了无需胳膊动的问题，但还是略显傻大笨了一些。再算上不使用水浴的加热，弄得到处湿漉漉的的也实在不方便。1987年，Cetus公司随后再推出了第一款商品化的DNA热循环仪——TC1。

左：TC1；右：可能比TC1更早问世的Baby Blue(图片来于网络)

TC1参与了大刀阔斧的革新：

1.TC1不再不使用水浴然后加热样品，只不过是通过金属模块对样品并且加热和冷却。

2.TC1的热源也不是热水，只不过是不使用了和冰箱一样的压缩机和电热丝。

3.TC1乘着电子芯片发展的东风，光盘驱动温度控制系统，不能用户自由编辑PCR程序。

TC1和Mr.Cycle相比较几乎脱胎换骨！这里多说几句加热样品的金属模块。一般PCR仪的导热盘是铝做的，确实导热速率只有247W/m•K但是氧化反应结束后灰沉沉的，可是胜在比较便宜。可土豪实验室不差钱，就是为了控温更为精准和迅速地，高级的PCR仪器用纯银的导热盘（429W/m•K）。而再土豪一些的PCR仪目的是以免银质导热盘被氧化，更是镀了一层黄金！

有时候我很疑惑，世界上有没有纯金的PCR仪导热盘，也让我再开眼？

左到右的导热盘材料由前到后是：铝，银，金。(图片来于网络)

1987年11月，世界上第一款真包含Taq酶、有带于PCR的试剂盒“GeneAmp”亮相后。

1988年，科研人员第一次在TC1热循环仪中可以使用Taq酶。超强组合，为PCR在分子生物学研究领域给了一场革命压平了道路。

半导体制冷

当然，你可以用饮水机做PCR

上文顿了顿，TC1这一代的PCR仪，制冷时是用是和冰箱一样的压缩机。但压缩机那样的东西噪音大、体积大、有空调制冷液不容易泄漏，最重要的是温度调节太差迅速。如果不是是冰箱这个恒温制冷尚能至于，这对PCR仪这种是需要飞快变温的仪器还是差点儿意思。

最终解决的办法的方法靠的是法国科学家珀耳帖在1834年发现的珀耳帖效应（Peltiereffect）：当有电流通过有所不同的导体横列的回路时，除有一种不可逆的焦耳热外，在相同导体的接头处伴随着电流方向的不同会分别又出现吸热、放热现象。

珀耳帖效应大体的原理是这样：

珀耳帖效应原理示意图

当用完全不同电阻的材料组成一个电路时，带电粒子以前在电阻小的导体中能级很高，飞快运行，遇到了电阻大的导体“Duang”的一下撞了上来，原先重型激光炮的一部分能量就会以热量的自然散发过去，而两个材料的交界处会再产生额外的热量。

当带电粒子用力甩脱电阻减小的导体时，要从环境中五十点完全吸收能量才能恢复原来的高能级量状态，所以两个材料的交界处会被吸走热量，表现出来为温度降底。

最最玄妙的是，此时假如把电流再者，以前吸热的位置会放热，原来放热的位置则会吸热！

半导体制冷原件示意图(图片来于网络)

据珀耳帖效应设计什么出的半导体制冷模块声音设置、寿命长、不宜被窃、体积小、形状灵巧。只要你转变电流方向，既这个可以加热又这个可以冷却，温控还十分精确和方便啊。

虽然半导体制冷模块耗能高了些，但是对此小电器来讲那妥的肯定不够。除开工业中的精密仪器，生活里的车载小冰箱、冰箱制冷饮水机都是是用半导体制冷。

饮水机压缩机片；车载小冰箱(图片源自网络)

导致以下优点，半导体制冷逐渐了压缩机成为目前所有PCR仪的控温模块，和你实验室的PCR仪。所以才……下次先做实验如果PCR仪坏了，你也许也可以考虑被魔改一下饮水机做PCR？

热盖：退退退，我才是到最后一环

PCR仪变异进化到这一步仍没结束了。导致PCR结果比较复杂到高低温的转换，并且总会有一部分反应体系中的水，蒸发后凝化到管壁也可以管盖上，体系的体积更加小，反应越发麻烦，这绝对不行啊。

曾经在研究者的解决方法是在PCR体系中组建一些矿物油，那样的话油层浮在上层，边沿的水溶液即使蒸发也逃无可逃（这种方法在PCR中早就9进8只不过在一些特殊能量实验中仍被在不使用）。

当时又有人听到给这座管子内部都涂上疏水材料，那样的话况且水汽遇上管壁凝成，后来仍能流回反应体系。

可无论是矿物油那就疏水层，一方面会提升实验难度；另一方面那些个材料很有可能潜入PCR体系而对反应有一种干扰，另外污染样品。这两个解决方法都不完美。

上世纪90年代，热盖技术出现。热盖这个可以把PCR管的顶部加热到达到100℃。盖子比PCR体系还热，水蒸汽除非进来也没能凝聚，没法再给我乖乖回去。妙，确实是是妙！

至此，PCR仪的究极进化体再次能够完成。

热盖原理和古代和现代PCR仪结构(图片源于网络)

从PCR技术和PCR仪的发展历程判断，实验技术和实验仪器的发展往往是反着来的。PCR仪从水浴锅慢慢的都变成我们认不出的“高上大”样子，不过这极大会降低了技术的门槛，以至于PCR那个实验更加简单啊。旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。PCR和PCR仪在每个实验室安了家，扎下根，拥有了夫妻和睦、居家旅行、教育孩子之具备神技，自动打开了不属于它的魔法时代。

|造物有话说

穆利斯当年诺奖级的工作马上准备投两篇论文，第一篇毕竟他自己拖延，虽然发在了Science却只排第四作者。另一篇虽说是一作却是因为爱磨蹭太久只有投个三流期刊。因为，各位前辈导师们，请必然增加催论文的力度吧。其实我巳经毕业了……

之后放两个有趣的视频链接，分别是PCR之歌，GCTA之歌，大家有空这个可以直接搜索搜寻哦~

参考文献：

1.

2.

3.

4.

5.'s-old-can't-a-pcr-machine-cdb-whilst-still-being-useful/

6.-invention-ofthe-pcr/

7.

8.

9.-days-of-science/hot-start-pcr-10.burned-lids-polymerase-options-etc-basically-some-sequence-pcr-stuff-to-get-beginning-best-chance-at-a-succeed-pcr-experiment/

11.-instruments/dna-instruments-parts-accessories/pcr-real-time-pcr-parts-accessories/9700-pcr/9700-pcr-96-well-silver-block/

12.-Biosystems-ABI-9700-GeneAmp-96Well-silver-Silver-Block-Thermocycler

13.-science/cloning/cloning-learning-center/invitrogen-school-of-molecular-biology/pcr-education/pcr-temperature-cyclers/pcr-evaporation-cyclers-overview.html代码

14.-years-of-heat-cycler-innovations-1-another-worlds-second-heat-cycler-but-how-it-advanced-science/

15.-scientist.com/foundations-modern/mr-cycle-∪-automated-pcr-prototype-47003

16.-years-of-evaporation-cycler-innovations-2-paving-the-way-for-whole-genome-sequencing-both-certain-amazing-scientific-discoveries/

17.

18.-analysis-know-3-aqpcr-machine-works-and-qpcr-protocol-356835

19.-about-standard-pcr/

20.

21.

22.

-----

作者/赵杭

复审/小短腿小马达

编辑的话/果粒珍珍

END

冰热皆可，猜猜魔凡桌面即热制冷饮水机是怎样让我饮水达标的

从我的生活经历帮帮铁子们，即热饮水机家里一定要有，几秒就能喝水不热水的幸福感让我们更爱喝点水，先前一天喝水不过了800mL的我，现在真接双倍。但桌面饮水机怎末选？

现在能制冷的饮水机很少很少，大多数是大都电辅热的~要绝对好看，要好用，能即热，能速冷，我在小米有品不能找到了关于完美桌面饮水机。爆柠椰椰白的魔凡智能即热速冷饮水机比较好看有无好用？今天带大家一起一定的深度扒一扒！

包装的很的牢靠，内部产品被保护的太好。内部共乾坤二卦桌面饮水机一台、接水盘、说明书。还再赠送了一包魔凡专业清洁剂，如果不是水质太硬（TDS值过低），长时间使用后是可以利用清洁内部水路，太贴心温暖。当然我还是个人建议大家饮用净化水也可以矿泉水、桶装水更小孩健康。

相比较比较市面上大多饮水机是方方正正的造型，魔凡两款创新按结构顶部圆弧设计，在颜值和工艺上更胜一筹。爆柠椰椰灰色的机身+高透的水箱，反正放进家里我还是办公室，都的很搭。简洁大方轻奢的外观设计不挑装修风格，放到哪里都绝对好看。

磁吸式设计接水盘的设计相当棒，实测磁力太足，东面后就能“啪”一下吸附性在主机上，方便拿取。不锈钢面板的接水盘面板耐腐蚀、易打理。

冷热饮水机的半导体制冷技术目前国内唯有极少数品牌能能够做到。颜值也能过关的魔凡智能即热速冷饮水机在性能上也有线条清晰的表现。

先说下哪一款饮水机的交互体验。主机正面的两边采用自动拨杆设计，左侧是可以你选择5挡出水水量（150、250、350、500、700mL）具体方法，右侧是可以按照冷热温度（冰水、45、60、85、100℃）。

想要哪个啊水量、哪种温度直接拔动，得象挂档一样有操纵感，比按键也可以触屏快速切换更方便啊、痛快。

中间是一款高清的显示控制屏，设备的工作状态一目了然，出水和童锁按结构更安全的比较合适的触屏控制。喝冰水前记得再打开机器后面的制冷开关，屏幕上的小雪花代表机器正准备制冷，制冷完成后小雪花迅速消失。

找好水温和水量后，开童锁后一键即可解决出水，操作速度更快，使用感更好。

运动不久的燥热难耐，晚上下班到家的干渴，夏天莫明的烦闷…这时候来一杯冰水，爽！冰水功能一定是大家都困惑的，它采用半导体冰胆制冷技术，内置0.4L制冷冰胆，这个可以飞速将水温降至约8-15℃，这个温度正好合适，既能惬意的享受冰水的爽口又不再说太冰会造成伤胃。

是没有人会断然拒绝来一杯冷泡的水果茶，切片柠檬，加片薄荷，补充维C又凉爽，比在外面买冷饮更健康最好。

这款饮水机的加热采用速热、稳定性更好秒沸单管加热，性能更加稳定耐用，选择好温度后3秒即热。实测在100℃沸水的情况下，出水顺畅不抖动、不迸溅，又快又稳。出水水量的很精准，不用担心水满了溢出来。

45℃的水温最佳给孩子冲奶，选好温度一键不流水，宝爸宝妈给娃冲奶粉依旧用不着着急水温太烫的或温度不够了。

85℃的水温很好泡绿茶，特别是绿茶、白茶属于未发酵茶，温度过高会彻底破坏茶叶中的营养成分，影响口感，选用85℃冲泡茶进去的茶汤青翠晶莹透亮，口感鲜爽。像红茶，乌龙茶、黑茶建议您用100℃水温泡制更最合适。

3.2L的大水箱可以不满足的条件一家3口一天的饮水量，免去了频繁加水，又能能保证水的还新鲜。

这款饮水机在饮水安全保障方面做了很多工作。TDS水质监测功能是可以实时检测饮用水中溶解性气体的含量，当铅超标的时候TDS指示灯会黄灯闪烁不停叮嘱。

另它内置隐藏式UVC LED杀菌功能，杀菌的同时不可能直接照射到人体，实现程序水流实际式杀菌，除菌率溶炎99%，可管用灭活微生物、细菌，呵护关爱家人健康。

不换是装在家里还是办公室，随时都也可以来一杯咖啡、一杯冷饮，方便好用确实很最重要。

有了那样一款集烧水和冰箱制冷功能于一体，随时这个可以喝到冰水或热水的饮水机，我每隔一天的饮水量都达标要求了。多喝温开水是可以排除毒素美容养颜，促进身体新陈代谢。选桌面饮水机我建议你一步到位，魔凡非智能即热速冷饮水机的确是非常不错的选择！