聚合酶鏈式反應(PCR)是一種體外擴增特定 DNA 片段的技術，由諾貝爾化學獎得主 Kary Mullis 于上世紀 80 年代發明，被譽為分子生物學領域的最重大進步之一，廣泛應用于分子和遺傳學分析。
  30 年以來，科學家們一直在試圖優化 PCR 技術，并擴大它的用途。現在，來自于范德堡大學的科研團隊提出一種新方法——“適應性 PCR”(adaptive PCR)，有望革新傳統的 PCR 技術，并為 “手持式 PCR 儀” 帶來可能。相關研究成果以 “Adaptive PCR Based on Hybridization Sensing of Mirror-Image L-DNA” 為題發表在《Analytical Chemistry》期刊。
 　PCR 的反應過程包含 3 個基本步驟，依次為：變性(高溫環境下模板 DNA 發生變性，由雙鏈變成單鏈)、退火(低溫環境下引物與單鏈按堿基互補配對的原則結合)、延伸(溫度回升至最適宜后，DNA 聚合酶開始合成互補鏈)。至此獲得兩條精確復制地 DNA 雙鏈。隨后，PCR 反應將進入 “變性—退火—延伸” 的循環，獲得更多的半保留復制鏈，30-40 個循環可以獲得幾百萬倍的基因數量。
 　由此可見，溫度和樣本是實現 PCR 的關鍵因素。基于聚合酶制造的 PCR 儀實際上是一個溫控設備，需要控制變性、復性和延伸的溫度。室溫的變化、樣本化學成分的改變都會影響 PCR 反應。所以，實驗人員可能需要經過多次試驗優化出最佳的樣本配比、最高效的溫度設置。
 　盡管技術成熟，PCR 儀器卻操作復雜且對樣本的化學成分及反應環境高度敏感，這主要是因為沒有最直接的方法從分子水平監控反應過程。
 　為了實現精準控制，范德堡大學的生物醫學工程師 Nicholas Adams 和 Frederick Haselton 將 “開箱即用” 的理念應用于 PCR，并提出“適應性 PCR”(adaptive PCR)的新方法。他們利用左旋 DNA(L-DNA)監測、控制 PCR 反應。
 　左旋 DNA 是 DNA 分子的鏡像，其物理特性與右旋 DNA 一樣，但是它不參與大多數生物反應。因此，當帶有熒光標記的左旋 DNA 被添加至 PCR 樣本中，它會以相同的方式(變性、退火)提供熒光信號反映分子反應信息、
 　為了驗證他們的設想，Adams 和 Haselton 聯合物理系助理教授 William Gabella 一起創建了一個適應性 PCR 設備原型(如下圖)，并進行相關驗證試驗。
 　手持式 PCR 儀：左邊是紫外激光器，由它照射中間的樣本，右邊的分光光度計負責檢測樣本中熒光水平的變化，從而控制 DNA 復制過程。
 　Adams 表示：“現有的 PCR 儀器非常挑剔。我們實驗室配備有 3 臺 PCR 儀。當我們將相同的樣本放入 3 臺儀器中，只有兩臺儀器正常工作。當我與儀器公司的技術人員反映這一問題時，她詢問我儀器周圍是否有八英尺厚的墻壁？我回復說是的。她解釋是因為這堵墻干擾了氣流，從而對儀器運行造成影響。當然，事實證明她是對的，因為當我把儀器移出來，它又開始正常工作了!”
 　技術人員對一系列可能的問題提出應對之策：儀器需放置在溫度可控的房間；DNA 樣本需要純化…… 即便如此，它仍然需要實驗人員耗費時間優化反應條件。
 　現在，適應性方法能夠控制 PCR 過程，有望簡化操作、提高準確性、降低其對環境的敏感性，減少儀器大小(從臺式到手持)。
 　適應性 PCR 借助熒光標記的左旋 DNA 確定理想的變性和退火溫度，從而規避了所有變量。
 　左旋 DNA 序列可以通過商業合成獲得，其序列與需要擴增的 DNA 序列一樣，而且左旋 DNA 的兩條鏈上分別標記上一個熒光報告基團和一個熒光淬滅基團(當兩條鏈完整時，淬滅基團會吸收報告基團發出的熒光信號)。
 　伴隨著高溫環境，左旋 DNA 也會發生變性變成單鏈，使得熒光報告基團和淬滅基團分離，從而熒光監測系統可接收到熒光信號。通過分析熒光信號的累積速度，研究人員可以確定所有雙鏈分離的精確時間點。
 　同時，我們還需要合成左旋引物(標記有熒光淬滅基團)。當 PCR 反應進行至退火步驟，引物會與左旋 DNA 單鏈集合，其淬滅基團會抑制熒光信號。這時候，熒光信號又會發生變化，從而便于研究人員分析引物與所有 DNA 單鏈結合的時間點。
 　值得注意的是，左旋 DNA 的量并不會改變，因為它不參與擴增步驟。
 　研究人員表示，這一適應性 PCR 技術可以彌補傳統 PCR 儀器的局限性，它可以讓基于 PCR 的診斷有機會脫離實驗室環境，例如樣本制備的高標準、反應溫度的嚴密控制。