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使用巢式引物进行连续多轮扩增可以提高特异性和灵敏度。第一轮是15到20个循环的标准扩增。将一小部分起始扩增产物稀释100到1000倍加入到第二轮扩增中进行15到20个循环。或者,也可以通过凝胶纯化将起始扩增产物进行大小选择。在第二轮扩增中使用一套巢式引物,其可以同第一套引物内侧的靶序列结合。巢式PCR的使用降低了扩增多个靶位点的可能性,因为同两套引物都互补的靶序列很少。而使用同样的引物对进行总数相同的循环(30到40)会扩增非特异性靶位点。巢式PCR可以增加有限量靶序列(如稀有mRNA)的灵敏度,并且提高了困难PCR(如5' RACE)的特异性。