基因机器

PCR 机相当于生物学中的办公室复印机。PCR 是聚合酶链式反应的缩写，目前已成为犯罪现场取证、遗传测试和生物劫持的主要手段。这是一项令人难以置信的壮举。在构成 DNA 遗传密码的数十亿个碱基对中，PCR 可以找到精确的序列，并在几个小时内复制数十亿份——足以解码或拼接有用的基因组合。专业机器每台售价约 10,000 美元，但 Russell Durrett 用 PVC 管、150 瓦灯泡、电脑风扇、廉价微控制器和一些他在网上订购的试剂设计了一台。

1）堆积

堆叠五根 PVC 管道形成一个筒仓（右），其中装有 DNA 小瓶，用灯泡加热，并用电脑风扇冷却。

顶部：在倾斜适配器的顶部钻十几个大约 ¼ 英寸的孔（用于固定小瓶），将管子安装在适配器底座内，并在暴露的管子上切一个方孔，以匹配计算机风扇的排气口。

中间：在直 PVC 联轴器顶部切割相同的方形端口，并用热胶将风扇固定到位。在联轴器侧面（正上方）钻一个孔，并用螺栓固定夹紧的灯泡插座。

底部：在第二个接头上钻一个孔，用于连接 Arduino Uno 微控制器的一束电线。

2）接线

将插座和电脑风扇连接到 5 伏继电器，并将它们连接到 Arduino。将一根插座线连接到 110 伏交流电源，并将热敏电阻连接到 Arduino。将热敏电阻插入装有矿物油和水的小瓶中，然后将其放在小瓶孔中。这样 Arduino 就会获得温度数据，从而可以打开和关闭灯泡和暖气。

3）选择一个基因

无论你是在测试早餐麦片中是否含有转基因谷物，还是在筛查自己是否具有 HIV 抗性，你都要选择一个基因进行复制。你需要从互联网上订购可以劫持 DNA 复制分子的试剂 [请参阅下一页的“工作原理”。]

工作原理

PCR 机器循环温度以启用 DNA 复制试剂，包括引物、核苷酸和酶 Taq 聚合酶。

201华氏度

DNA 暂时解开成两条链。

131°F

引物——“引导”复制的小片段 DNA——附着在基因的末端。

162°F

Taq 聚合酶识别引物、锁定并在它们之间复制 DNA。

……然后重复

在前五分钟，PCR 会复制两个基因。接下来的 30 秒循环会继续复制。到第八个循环时，基因拷贝数已达 256 个，到第 30 个循环时——
几个小时后，数量就超过了十亿。

时间： 5小时
费用： 50美元
难度： 3/5

如需 Durrett 的完整构建说明，请下载此 PDF。Arduino 代码可在此处获取。

本文最初发表于 2013 年 5 月的《大众科学》 。点击此处查看该杂志的其他内容。