上海交通大學(xué)-PCR儀與凍干機(jī)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)

凍干機(jī)與相關(guān)技術(shù)授課教師：郭凌晨lcguo@

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

（polymerasechainreaction,PCR）

雙鏈DNA應(yīng)變性成為單鏈DNA，這個(gè)變性步驟應(yīng)在兩個(gè)合適的引物足夠過(guò)量的情況下進(jìn)行。冷卻時(shí)，我們希望獲得兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，每種都包含全長(zhǎng)模板鏈和引物形成正確的復(fù)合物。然后加入DNA聚合酶去完成修復(fù)復(fù)制過(guò)程。這樣可合成兩個(gè)與起始分子相同的雙鏈分子。整個(gè)循環(huán)過(guò)程可以重復(fù)進(jìn)行，每個(gè)循環(huán)需加入新鮮的DNA聚合酶。……基于這些想法的實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。KleppeK,OhtsukaE,KleppeR,MolineuxI,KhoranaHG.Studiesonpolynucleotides.XCVI.RepairreplicationsofshortsyntheticDNA'sascatalyzedbyDNApolymerases.JMolBiol.197156(2):341-61有時(shí)候一個(gè)創(chuàng)造性的靈感在你不經(jīng)意中突然浮現(xiàn)出來(lái)。在1983年4月的一個(gè)星期五的的晚上，通過(guò)一個(gè)令人難以置信的天真的甚至幸運(yùn)的錯(cuò)誤巧合，我獲得了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。那天晚上我正在緊握著轎車(chē)的方向盤(pán)，在一條被月光籠罩的通向北加利福尼亞紅樹(shù)縣（Redwoodcountry）的山路上蜿蜒前行。這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)就是我偶然想到的有關(guān)不受限制地制造大量的基因拷貝的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程現(xiàn)在稱(chēng)為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）。K.B.MullisTheunusualoriginofthepolymerasechainreaction.SciAm.1990Apr;262(4):56-61,64-5PCR技術(shù)的發(fā)明人K.B.Mullis，于1985年發(fā)明了PCR并命名，因此獲得1993年諾貝爾獎(jiǎng)。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerasechainreaction,PCR）是根據(jù)雙鏈DNA變性與復(fù)性和分子雜交原理設(shè)計(jì)的，可將微量DNA大量擴(kuò)增。PCR技術(shù)類(lèi)似于DNA的天然復(fù)制過(guò)程，其特異性依賴(lài)于與靶序列兩端互補(bǔ)的寡核苷酸引物。PCR技術(shù)是二十世紀(jì)分子生物學(xué)領(lǐng)域最重大發(fā)明之一。PCR的優(yōu)點(diǎn)特異性強(qiáng)。靈敏度高：PCR產(chǎn)物的生成量是以指數(shù)方式增加的，能將pg（10-12g）級(jí)的起始待測(cè)模板擴(kuò)增到μg（10-6g）水平。簡(jiǎn)便、快速：PCR反應(yīng)一般在2～4小時(shí)完成擴(kuò)增反應(yīng)對(duì)標(biāo)本的純度要求低：DNA粗提取物即可作為擴(kuò)增模板?？芍苯佑门R床標(biāo)本如血液、體液、毛發(fā)、細(xì)胞、活組織等擴(kuò)增檢測(cè)。PCR的基本原理變性degenerationPCR技術(shù)實(shí)際上是在模板DNA、引物（primer）和四種脫氧核糖核苷酸（dNTPs）存在的條件下依賴(lài)于DNA聚合酶的酶促合成反應(yīng)。半保留復(fù)制semiconservativereplication堿基配對(duì)basepairing復(fù)性renaturationPCR循環(huán)三步曲變性（denatured）90～97℃退火（annealing）45～55℃延伸（extension）72℃左右車(chē)行至Cloverdale附近，……公路沿海岸線蜿蜒而曲折，我斷定如果用兩條核苷酸而不是一條時(shí)，結(jié)果將更可靠。由一條寡核苷酸引導(dǎo)靶DNA一條鏈的合成，我可以獲得關(guān)于兩條鏈的互補(bǔ)序列的信息。因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)在沒(méi)有過(guò)多不便的條件下包含了一個(gè)內(nèi)在的控制手段。雖然我當(dāng)時(shí)沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，即用我的大腦構(gòu)想出來(lái)的兩條寡核苷酸鏈，它們的3’引物末端在靶基因互補(bǔ)鏈上指向?qū)Ψ?，我處于發(fā)現(xiàn)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的邊緣。然而，我感受最深的是山路的邊緣。K.B.MullisTheunusualoriginofthepolymerasechainreaction.SciAm.1990Apr;262(4):56-61,64-5每個(gè)PCR循環(huán)需耗時(shí)2～4分鐘，2～3小時(shí)就能將待擴(kuò)目的基因擴(kuò)增放大幾百萬(wàn)倍。雙鏈DNA解離為單鏈，以便引物結(jié)合引物與單鏈模板互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合依據(jù)堿基配對(duì)和半保留復(fù)制原理，在Taq酶作用下合成新的DNA鏈沿著這條路又走了大約一英里，我發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的其他方面。用引物進(jìn)行幾輪延伸后，延伸產(chǎn)物解鏈，再與新的引物雜交并延伸，呈指數(shù)增長(zhǎng)的DNA鏈的長(zhǎng)度是固定的，因?yàn)樗鼈兊哪┒吮还押塑账嵋锏?’引物末端嚴(yán)格限制。我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)與序列兩端雜交的引物來(lái)獲得起始DNA樣品的較大片段。這個(gè)片段是一個(gè)特定長(zhǎng)度的分離的單元。我再次停下車(chē)來(lái)并開(kāi)始畫(huà)DNA線性分子雜交和延伸的流程，一個(gè)循環(huán)的產(chǎn)物成為下一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的模板……K.B.MullisTheunusualoriginofthepolymerasechainreaction.SciAm.1990Apr;262(4):56-61,64-5PCR由變性—退火—延伸三個(gè)基本反應(yīng)步驟構(gòu)成：①模板DNA的變性：模板DNA經(jīng)加熱至94℃左右一定時(shí)間后，使模板DNA雙鏈或經(jīng)PCR擴(kuò)增形成的雙鏈DNA解離成為單鏈模板，以便它與引物結(jié)合，為下輪反應(yīng)作準(zhǔn)備；②模板DNA與引物的退火(復(fù)性)：模板DNA經(jīng)加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合；③引物的延伸：DNA模板-引物結(jié)合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP為反應(yīng)原料，靶序列為模板，按堿基配對(duì)與半保留復(fù)制原理，合成一條新的與模板DNA鏈互補(bǔ)的半保留復(fù)制鏈，新鏈又可成為下次循環(huán)的模板。一般在72℃時(shí)酶催化核苷酸的標(biāo)準(zhǔn)速率可達(dá)35～100個(gè)核苷酸/秒。PCR成功的關(guān)鍵——

1.引物的設(shè)計(jì)

2.反應(yīng)體系的配制PCR的效率和特異性取決于引物和模板DNA結(jié)合的特異性，以及多聚酶對(duì)引物的有效延伸。關(guān)鍵一：PCR引物設(shè)計(jì)總原則：提高擴(kuò)增效率和特異性。根據(jù)用途，引物設(shè)計(jì)大體分為兩種：擴(kuò)增指定的目標(biāo)區(qū)段。如重組DNA等。此類(lèi)引物序列基本固定，只是在長(zhǎng)短和附加堿基方面需要注意，引物的設(shè)計(jì)要與PCR產(chǎn)物用途匹配；擴(kuò)增非指定的目標(biāo)區(qū)段。如半定量PCR檢測(cè)等。此類(lèi)引物序列隨機(jī)性較強(qiáng)，須參考設(shè)計(jì)原則。引物設(shè)計(jì)原則：須千方百計(jì)提高擴(kuò)增的效率和特異性。長(zhǎng)度以15-30nt為宜。堿基盡可能隨機(jī)分布，避免出現(xiàn)嘌呤、嘧啶堆積現(xiàn)象。堿基順序不應(yīng)與非擴(kuò)增序列有同源性。引物內(nèi)、引物間不應(yīng)有互補(bǔ)序列。原則上要求引物3’末端與模板DNA一定要配對(duì)，且末位堿基最好選T、C、G（是A的話即使錯(cuò)配也能引發(fā)合成）。引物5’末端無(wú)嚴(yán)格限制，所以可以加限制性?xún)?nèi)切酶位點(diǎn)或其他短的序列，最多可加10個(gè)游離堿基而不影響PCR反應(yīng)的進(jìn)行。需要通過(guò)PCR引入點(diǎn)突變、缺失或插入時(shí)，在靠近5’末端部分人為地造成引物與模板之間堿基的替代、小的缺失或插入，也不會(huì)影響PCR反應(yīng)進(jìn)行。

1GCTTTGTTGCGCCTACAGCG

GCTGGCGGGTCTTCTGGTGATGGTACTGGCCGTGGCGCTGCGAAACAACGCGGATGTCGC

CGACCGCCCAGAAGACCACTACCATGACCGGCACCGCGAC61CTATCCAACGCACTGGTGCTATGGGACTCGGCGAGGCGCT

CTGAGCTCCGCACTCGAGCCGATAGGTTGCGTGACCACGATACCCGGGGCCGCTCCGCGA

GACTCGAGGCGTGAGCTCGG121TCAGGCGTCCTCCTGGTGAATCTGTCTCTGGGCCACCTGCTGCTGGCGGCGCTGGACATGAGTCCGCAGGAGGACCACTTAGACAGAGACCCGGTGGACGACGACCGCCGCGACCTGTAC181CCCTTCACGCTGCTCGGTGTGATGCGCGGGCGGACACCGTCGGCGCCCGGCGCATGCCAAGGGAAGTGCGACGAGCCACACTACGCGCCCGCCTGTGGCAGCCGCGGGCCGCGTACGGTT241GTCATTGGCTTCCTGGACACCTTCCTGGCGTCCAACGCGGCGCTGAGCGTGGCGGCGCTGCAGTAACCGAAGGACCTGTGGAAGGACCGCAGGTTGCGCCGCGACTCGCACCGCCGCGAC301AGCGCAGACCAGTGGCTGGCAGTGGGCTTCCCACTGCGCTACGCCGGACGCCTGCGACCGTCGCGTCTGGTCACCGACCGTCACCCGAAGGGTGACGCGATGCGGCCTGCGGACGCTGGC

361CGCTATGCCGGCCTGCTGCTGGGCTGTGCCTGGGGACAGTCGCTGGCCTTCTCAGGGCGATACGGCCGGACGACGACCCGACACGGACCCCTGTCAGCGACCGGAAGAGTCC

擴(kuò)增指定的目標(biāo)區(qū)段酶切位點(diǎn)：根據(jù)質(zhì)粒載體上的多克隆位點(diǎn)設(shè)計(jì)。如果質(zhì)粒載體是表達(dá)載體，則一定要注意閱讀框不能錯(cuò)位。保護(hù)堿基：3～4nt，便于限制性?xún)?nèi)切酶發(fā)揮作用。GAATTCGACTATGGGACTCGGCGAG保護(hù)堿基酶切位點(diǎn)（ECoRI）與模板匹配的序列引物設(shè)計(jì)舉例（正向引物）目的：打算將PCR產(chǎn)物克隆至載體內(nèi)，所以引物兩端必須加酶切位點(diǎn)引物長(zhǎng)度：25ntTm值：77.4Tm值：即DNA熔解溫度，指把DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)降解一半時(shí)的溫度。Tm值反映了DNA溶液中一半的DNA雙鏈已解離為單鏈。Tm值的計(jì)算：

15~25bp的片段：Tm=4(G+C)+2(A+T)

更長(zhǎng)的片段：Tm=81.5+16.6lgM+0.41(G+C)%-500/n-0.61(甲酰胺%)M為Na+摩爾濃度，n為無(wú)重復(fù)序列時(shí)DNA的長(zhǎng)度如果要將PCR產(chǎn)物片段克隆至融合蛋白表達(dá)載體（或帶有tag的表達(dá)載體）內(nèi)，則必須注意閱讀框的位置和片段插入的方向；如果要將PCR產(chǎn)物片段克隆至非融合蛋白表達(dá)載體（或不帶tag的表達(dá)載體）內(nèi)，則必須注意片段插入的方向；如果要將PCR產(chǎn)物片段克隆至測(cè)序載體內(nèi)，則無(wú)以上顧慮。閱讀框的位置和產(chǎn)物片段插入的方向取決于PCR引物的設(shè)計(jì)。融合蛋白表達(dá)載體舉例帶Tag的表達(dá)載體舉例GST-融合蛋白表達(dá)載體pGEX系列GAATTCGACTATGGGACTCGGCGAGGAATTCATATGGGACTCGGCGAGGACTGGATCCGACTATGGGACTCGGCGAG或非融合、無(wú)Tag的表達(dá)載體舉例經(jīng)驗(yàn)之談：可以參考、但絕不要依賴(lài)引物設(shè)計(jì)軟件；軟件最大的用處是計(jì)算Tm值和查詢(xún)引物二級(jí)結(jié)構(gòu)，但選出來(lái)的引物序列未必是最佳序列；“設(shè)計(jì)原則”是普遍規(guī)則，但并非一成不變，設(shè)計(jì)引物是要因地制宜，具體問(wèn)題具體對(duì)待；選擇口碑較好的生物公司進(jìn)行引物合成，如果PCR產(chǎn)物即將用于蛋白表達(dá)，則需及時(shí)測(cè)序鑒定。PCR反應(yīng)體系的五要素：

引物、酶、dNTPs、模板和Mg2+經(jīng)典用酶：TaqDNA聚合酶

來(lái)自水生嗜熱菌（ThermusaquaticusYT-1），有良好的耐熱性、Mg2+依賴(lài)性、無(wú)校讀功能。關(guān)鍵二：PCR反應(yīng)體系的配制PCR發(fā)明初期所用過(guò)的酶：大腸桿菌DNA聚合酶ⅠKlenow片段T4DNA聚合酶T7DNA聚合酶這些酶的普遍缺點(diǎn)：

熱穩(wěn)定性差，DNA熱變性后即被滅活。Taq酶來(lái)自水生嗜熱菌ThermusaquaticusYT-1，該菌是1969年從美國(guó)黃石國(guó)家森林公園火山溫泉中分離得到。生長(zhǎng)在70～75℃極富礦物質(zhì)的環(huán)境中。Taq聚合酶的特點(diǎn)及濃度：具有良好的熱穩(wěn)定性。在70～75℃時(shí)生物學(xué)活性最高；92.5℃時(shí)半衰期為130min。具有5’→3’聚合酶活性和5’→3’外切酶活性，缺乏3’→5’外切酶活性，因此沒(méi)有校正功能，使用Taq酶的PCR反應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)配的幾率為2.1×10-4左右。是Mg2+依賴(lài)性酶，其活性對(duì)Mg2+很敏感。在100μl反應(yīng)體系中所需Taq聚合酶的量為0.5～5U。若濃度過(guò)高，可引起非特異性產(chǎn)物擴(kuò)增；濃度過(guò)低則合成產(chǎn)物量減少。PCR反應(yīng)體系緩沖液（Buffer）的成分KCl在50mmol/L時(shí)能促進(jìn)引物退火，大于此濃度則抑制Taq酶的活性，高于75mmol/L時(shí)PCR反應(yīng)明顯抑制。Tris-Cl主要用于調(diào)節(jié)pH值，使得Taq酶的作用環(huán)境維持偏堿性。一般用量為10～50mmol/L。Mg2+能影響反應(yīng)的特異性和擴(kuò)增片段的產(chǎn)率。1.5～2.0mmol/LMg2+較合適；過(guò)多會(huì)增加非特異性擴(kuò)增并影響產(chǎn)率。牛血清白蛋白BSA（或明膠）對(duì)酶具有保護(hù)作用，但用量需要限制；而且BSA的質(zhì)量會(huì)影響其作用。緩沖液中的如果反應(yīng)體系中加入適量二甲亞砜（DMSO）可減少模板二級(jí)結(jié)構(gòu)，提高PCR反應(yīng)特異性，但對(duì)聚合酶活性有一定影響。引物PCR反應(yīng)中的引物濃度一般為0.1～0.5μmol/L。引物濃度偏高會(huì)引起錯(cuò)配和非特異性產(chǎn)物擴(kuò)增，可增加引物之間形成二聚體的幾率；非特異性產(chǎn)物和引物二聚體可競(jìng)爭(zhēng)使用酶、dNTPs和引物本身，使正宗PCR產(chǎn)物產(chǎn)率下降。dNTPsdNTPs，即脫氧核糖核苷三磷酸，包括dATP、dGTP、dCTP和dTTP。在PCR反應(yīng)體系中作為T(mén)aq酶的底物。PCR反應(yīng)中，dNTPs濃度應(yīng)在20～200μmol/L(each)。濃度過(guò)高可加快反應(yīng)速度，但也會(huì)增加堿基錯(cuò)配率；濃度過(guò)低雖然導(dǎo)致反應(yīng)速度下降，卻可提高實(shí)驗(yàn)精確性。dNTPs可與Mg2+結(jié)合，所以反應(yīng)體系中Mg2+至少要比dNTPs濃度高出0.5～1.0mmol/L。dNTP不宜反復(fù)凍融，否則容易降解，建議分裝使用。體系一般為50～100μL，以下各組分加畢，用滅菌ddH2O補(bǔ)足體積50mmol/LKCl10mmol/LTris·Cl（pH8.4）100μg/mL明膠或牛血清白蛋白（BSA）1.5mmol/LMgCl22個(gè)引物，各0.2μmol/LdNTPs（dATP、dCTP、dGTP、dTTP）各0.2mmol/L模板DNA（如基因組DNA）

2ng/μLTaqDNA聚合酶0.05U/μL標(biāo)準(zhǔn)PCR反應(yīng)體系1×PCRBufferTaqDNA聚合酶和與其相配的10×PCRBuffer可購(gòu)自生物公司；10×PCRBuffer如標(biāo)注“Mg2+free”字樣則為不含Mg2+的，需要額外加MgCl2至1.5mmol/L。MgCl2可自配，也可購(gòu)買(mǎi)。dNTPs混合液可購(gòu)自生物公司；若分開(kāi)購(gòu)買(mǎi)，等比例混合即可。引物序列自己設(shè)計(jì)，交由生物公司合成，合成的引物是干粉，根據(jù)說(shuō)明書(shū)溶解為需要的濃度，一般將引物溶解為100μmol/L的貯存液或10μmol/L的工作液。模板DNA自行制備。DNA（質(zhì)粒或基因組）或RNA的抽提參見(jiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法。滅菌雙蒸水（ddH2O）自行制備。反應(yīng)體系各組分的準(zhǔn)備ddH2OμL10×TaqPCRBuffer（含Mg2+）μLdNTPs（10mmol/Leach）μLPrimer1（10μmol/L）μLPrimer2（10μmol/L）μL模板DNA（50ng/μL）μLTaqDNA聚合酶（5U/μL）μL總體積50μL標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)體系配制示例**過(guò)去的反應(yīng)體系配制完畢后須加液體石蠟，因?yàn)楝F(xiàn)今PCR儀多為熱蓋技術(shù)，所以不再需要。39.5120.511510×PCRBuffer含Mg2+dNTP混合液Taq聚合酶引物1引物2配制PCR反應(yīng)體系的主要試劑和耗材PCR標(biāo)準(zhǔn)條件：預(yù)變性：94℃5min

變性：94℃

30～60sec

退火：55℃30～60sec

延伸：72℃30～90sec25～35個(gè)循環(huán)，根據(jù)需要來(lái)設(shè)定最后延伸：72℃10min

**反應(yīng)結(jié)束后4℃冷藏，或直接純化、酶切技巧：雙溫度PCR（two-temperaturePCR）。該法快速、簡(jiǎn)便，僅僅執(zhí)行兩步溫度程序，合并退火與延伸溫度。變性溫度照舊為94～95℃，對(duì)于100～300bp之間的短序列片段，退火與延伸溫度為46～47℃；對(duì)于長(zhǎng)序列片段，退火與延伸溫度65～68℃。熱啟動(dòng)（hotstart）。使PCR反應(yīng)一開(kāi)始就在大于70℃下進(jìn)行，以避免引物錯(cuò)配和二聚體形成。方便起見(jiàn)，可配制不含Taq酶反應(yīng)體系，預(yù)變性后再加入Taq酶。PCR中的常見(jiàn)問(wèn)題PCR反應(yīng)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題：假陰性。即不出現(xiàn)擴(kuò)增條帶假陽(yáng)性。即出現(xiàn)的擴(kuò)增條帶不是目的條帶出現(xiàn)非特異擴(kuò)增帶。拖尾、引物二聚體等該如何避免？只要留心，總能避免。（一）設(shè)計(jì)特異性的引物（二）設(shè)立對(duì)照，一般是模板對(duì)照。陰性對(duì)照、陽(yáng)性對(duì)照和樣品除了模板不同，其他都相同：陽(yáng)性對(duì)照：以確認(rèn)能與引物互補(bǔ)的DNA為模板陰性對(duì)照：以雙蒸水代替模板（三）防止污染試劑小量分裝，一發(fā)現(xiàn)污染立即更換吸頭及EP管一次性使用器皿及工作區(qū)域要與其它DNA操作分開(kāi)PCR產(chǎn)物檢測(cè)：瓊脂糖凝膠電泳，溴化乙錠染色，紫外燈下觀察PCR技術(shù)的應(yīng)用疾病檢測(cè)和診斷：遺傳性疾病、艾滋病等法醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：身份識(shí)別和親子鑒定分子生物學(xué)研究：癌基因的鑒定、基因克隆、定點(diǎn)突變、基因重組、DNA序列測(cè)定……PCR儀的使用第一步：開(kāi)機(jī)等主界面出現(xiàn)第二步：設(shè)定程序（2-1）第二步：設(shè)定程序（2-2）（2-3）按ENTER或箭頭鍵，把光標(biāo)移到待修改的參數(shù)上……（2-4）按數(shù)字鍵修改參數(shù)第三步：把配有反應(yīng)體系的PCR管放入PCR儀，關(guān)緊翻蓋微量移液器PCR反應(yīng)所用到的儀器和耗材移液器吸嘴PCR反應(yīng)管（0.2ml）排管單管第四步：運(yùn)行程序（4-1）（4-2）輸入體系體積，然后START…凍干機(jī)與相關(guān)技術(shù)原理優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用范圍凍干機(jī)的組成凍干程序原理冷凍干燥就是把含有大量水分物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來(lái)，而物質(zhì)本身剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，因此它干燥后體積不變，疏松多孔，在升華時(shí)要吸收熱量。引起產(chǎn)品本身溫度的下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短干燥時(shí)間，必須要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)加熱。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。

冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，適用于許多熱敏性的物質(zhì)。低溫下物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，適合一些化學(xué)產(chǎn)品、藥品和食品干燥。微生物的生長(zhǎng)和酶的作用無(wú)法進(jìn)行，因此能保持物質(zhì)原來(lái)的性狀。在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行加熱干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來(lái)的結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，可立即恢復(fù)原來(lái)的性狀。干燥在真空下進(jìn)行，氧氣極少，一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存而不致變質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用范圍適用于細(xì)菌、病毒、血漿、血清、抗體、疫苗及藥品、微生物、酵母、生物研究用植物提取物等。涉及的領(lǐng)域：生物學(xué)、植物學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、病理學(xué)、藥劑學(xué)、細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)、動(dòng)物學(xué)、法醫(yī)鑒定、小動(dòng)物標(biāo)本（切片）、食品學(xué)、奶制品解析、印刷品、地質(zhì)學(xué)、污泥解析、考古學(xué)等領(lǐng)域。凍干機(jī)的組成凍干機(jī)系統(tǒng)：由致冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)四個(gè)主要部分組成。結(jié)構(gòu)：由凍干箱（或稱(chēng)干燥箱）、冷凝器（或稱(chēng)水汽凝集器）、冷凍機(jī)、真空泵和閥門(mén)、電氣控制元件等組成。

在凍干過(guò)程中，把產(chǎn)品和板層的溫度、冷凝器溫度和真空度對(duì)照時(shí)間劃成曲線，叫做凍干曲線。一般以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)。凍干不同的產(chǎn)品采用不同的凍干曲線。同一產(chǎn)品使用不同的凍干曲線時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同，凍干曲線還與凍干機(jī)的性能有關(guān)。因此不同的產(chǎn)品，不同的凍干機(jī)應(yīng)用不同的凍干曲線。凍干箱是一個(gè)能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+50℃左右的高低溫箱，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器。它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水份升華而干燥。冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器，在它的內(nèi)部有一個(gè)較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃以下，并且能恒定地維持這個(gè)低溫。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來(lái)的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。凍干箱、冷凝器、真空管道和閥門(mén)，再加上真空泵，便構(gòu)成凍干機(jī)的真