生物學可以被劃為兩個時代：一個沒有PCR，一個有PCR。沒有PCR（聚合酶鏈式反應，polymerase chain reaction）技術，就沒有現代分子生物學。PCR技術發明者Kary Mullis，在1993年獲得化學諾貝爾獎，世界稱之為PCR教父。
生物體的基因組存儲在DNA分子內部，但是分析這種遺傳信息需要大量的DNA。1985年，Kary Mullis發明了一種簡單高效的方法，該方法可在短時間內大量複製少量DNA。通過加熱，DNA分子的兩條鏈被分離，並且已添加的DNA構件與每一條鏈結合。藉助酶DNA聚合酶，可以形成新的DNA鏈，然後可以重複該過程。PCR在醫學研究和法醫學領域都具有重要意義。
醫學研究中PCR是至關重要的，本文將用最少的時間帶您掌握核心PCR原理，目的是上一次廁所，掌握一個新知識。
1. PCR是幹什麼的
PCR全稱多聚酶鏈式反應（polymerase chain reaction），是一種非常強大的技術，可以通過一種非常簡單但是高效的方法來複製DNA，它可看作是生物體外的特殊DNA複製，PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加。
2. 為什麼要複製DNA？
DNA複製是很多研究的基礎，例如，當我們對RNA進行測序時，必須先將RNA轉化為DNA，並進行大量複製。在對於某個人進行基因組測序時，我們不能對於某個細胞或者單個分子進行測序。測序的基礎要求擁有大量的相同的DNA分子拷貝，因此，DNA複製是做生物研究中的基礎工具。那麼怎麼獲取這麼多拷貝呢？PCR正是一個複印機一般的存在，利用DNA的幾個特性，成為批量複製DNA的絕佳方法。
3. PCR原理及步驟
說到原理，我們就要回顧一下DNA結構。
DNA分子兩條單鏈以雙螺旋結構結成，DNA兩條鏈擁有自行粘附的特性，A與T配對，C與G配對，DNA粘附特性是PCR的核心原理。同時DNA複製時也是具有方向性的，DNA序列的開始端稱為5『端，末端稱為3』端。
在複製時，需要加入一種叫做引物（primers）的東西。可以將引物理解為一個短序列，下圖中紅色的部分就是引物。引物通常15到20個鹼基，可以短一些，也可以長一些。但是必須和我們想合成的DNA片段成互補關係。將引物與DNA鏈混合時，會自動粘在上面，因為他們是互補的。引物獲得可以從公司訂購，後續有機會我們也會分享引物設計方法。
PCR過程分三步：變性--退火--延伸，PCR中會對這三步循環播放。
A. 變性
在開始準備變性的過程中，要慢慢加熱混合物，加熱混合物時，兩條鏈間氫鍵會融化，DNA兩股鏈會分開，就像上圖粉色的部分。如果混合物熱的情況下，引物不會和DNA黏在一起，兩條DNA鏈也不會黏在一起。
B. 退火
接下來混合物慢慢的冷卻，這時引物會黏在DNA上，因為引物較小，更容易漂浮起來，和DNA結合。溫度控制在54攝氏度左右可以保證引物序列和DNA互補配對，而DNA雙鏈不會黏在一起。
C. 延伸
這一步我們需要一個幫助DNA複製的工具，即聚合酶鏈式反應中的聚合酶（polymerase）。下圖中綠色的圖形就代表著DNA聚合酶，所到之處萬物生，這也是我們身體各個細胞中用來複製DNA的工具。聚合酶的作用方式也非常生猛，直接找到部分單鏈，部分雙鏈的地方，咬住那裡的序列開始進行複製。也就是說聚合酶會先找到引物，開始沿著引物進行缺失的序列填充。如下圖中看到的，在一輪填充序列後，引物所在的鏈條（橙色鏈）會被補齊。這一步中會加入As, Cs, Gs和Ts這些DNA原材料，這樣可以把他們整合到新的與模板DNA 鏈互補的半保留複製鏈。這一步的溫度稍微高一些，大概是72攝氏度。最初我們加入的是雙鏈DNA，在一個周期後，我們會獲得四條鏈，兩個周期後獲得8條鏈，30個周期後，會獲得10億條DNA鏈。
4. 記憶要點
A. PCR原材料lists
DNA
引物（Primers）
DNA聚合酶
As, Cs, Gs, Ts
B. PCR基本原理
變性，復性，鹼基互補配對，半保留複製
C. PCR三部曲
一生二，二生四，四生萬物
扯點遠的，2019年8月7日，Kary Mullis因肺炎去世，享年74歲。他這一生也是充滿了故事，最後用他的quotes來結束這篇分享。
「Science consistently produces a new crop of miraculous truths and dazzling devices every year.」
希望大家可以快樂科研，有所成就。
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