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什么是熒光定量PCR、數字PCR?

2022-11-23 金夢
一、技術篇


在全球醫(yī)療器械行業(yè)中,體外診斷是占比最高的細分領域之一,根據診斷原理的不同,體外診斷產品分為分子診斷、免疫診斷、生化診斷等多種類型。其中,分子診斷的靈敏度、特異性、準確性等均較為突出,尤其是在新冠肺炎疫情全球蔓延的大背景下,以PCR為代表的分子診斷技術得到了加速發(fā)展。

PCR,即聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)的英文縮寫,是一種以DNA雙鏈復制原理為基礎,對特定核酸樣本進行體外擴增的生物技術,能夠將微量的核酸樣本迅速拷貝至幾百萬倍,便于后續(xù)的分析研究。該技術源起于20世紀70、80年代,經過幾十年的發(fā)展,經歷了初代傳統(tǒng)PCR、第二代熒光定量PCR和第三代數字PCR的演變,在醫(yī)療篩查診斷、生命科學基礎研究、法醫(yī)分析鑒定及食品衛(wèi)生和環(huán)境檢測等方面得到廣泛應用。


1.熒光定量PCR          

實時熒光定量PCR(Quantitative Real-time PCR)技術,簡稱qPCR,是在PCR反應體系中加入熒光物質(熒光染料或熒光標記的特異性探針),利用熒光信號積累實時監(jiān)測整個PCR進程,后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的方法。

熒光定量PCR

與普通PCR相比,實時熒光定量PCR技術是一次由定性技術向定量技術的飛躍。運用該項技術,可以對DNA、RNA樣品進行相對定量、定量和定性分析。

熒光定量PCR實驗過程

(圖:熒光定量PCR實驗過程)



2.數字PCR         

數字PCR即Digital PCR(dPCR),它是一種核酸分子絕對定量技術。相較于qPCR,數字PCR可讓你能夠直接數出DNA分子的個數,是對起始樣品的絕對定量。PCR實際上是一個在模板DNA、引物(模板片段兩端的已知序列)和四種脫氧核苷酸等存在的情況下,DNA聚合酶依賴的酶促合成反應,擴增的特異性取決于引物與模板DNA的特異結合。

數字PCR技術原理

(圖:數字PCR技術原理)


根據微反應單元的不同形式,數字PCR產品可分為微板式、微滴式和芯片式等。目前,市場上主要的數字PCR產品主要是基于微滴式和芯片式。


三代核酸檢測技術對比:

技術方法

概念

技術優(yōu)勢

技術劣勢

傳統(tǒng)PCR

采用普通PCR擴增儀擴增靶基因,通過瓊脂糖凝膠電泳對產物進行定性分析

1.可實現特定核酸片段的體外復制

1.相關核酸染料對操作人員和環(huán)境具有危害

2.易出現假陽性結果

3.耗時時間長、操作復雜

4.無法準確定量

熒光定量PCR

是一種在DNA擴增反應中,以熒光化學物質測每次聚合酶鏈式反應(PCR)循環(huán)后產物總量的方法。通過內參或者外參法對待測樣品中的特定DNA序列進行定量分析。

1.污染風險低

2.操作流程更簡單、經濟高效

3.樣品加樣量少

1.不同廠家生產的試劑和設備之間的差異對檢測結果影響較大,不具備可比性

2.存在背景值的影響,結果易產生偏差

3.低拷貝的DNA難以檢測

4.受PCR抑制物的影響較大

數字PCR

將核酸樣品分配到大量獨立、平行的微反應單元(納升級)中,部分反應單元包含靶標分子(陽性),而其他不包含(陰性),接著進行擴增,并利用TaqMan化學試劑或染料標記探針檢測靶標序列,能夠實現靶標分子的絕對計數。

1.特異性強、靈敏度高

2.絕對定量,準確性好

3.抗干擾能力強

1.特異性強、靈敏度高

2.絕對定量,準確性好

3.抗干擾能力強




一、光學原理解決方案篇



1.熒光定量PCR       

熒光定量PCR二向色鏡熒光定量PCR


熒光定量PCR光路圖熒光定量PCR光路圖
(圖:熒光定量PCR光路圖)


熒光定量PCR光譜
(圖:熒光定量PCR光譜)


解決方案一:

熒光通道激發(fā)波長發(fā)射波長二向色鏡
技術參數
Atto425Ex 430/10Em 480/10\設計波段 300-1100nm@OD6
FAMEx 470/10Em 515/10\中心波長誤差±2nm
HEXEx 535/10Em 565/10\半帶寬10±2nm
ROXEx 585/10Em 614/10\實現方式單片 / 膠合
CY5Ex 630/10Em 670/10\鍍膜工藝磁控濺射 / 真空鍍膜
CY5.5Ex 682/10Em 725/10\峰值透過率>85%

  

解決方案二:

熒光通道激發(fā)波長發(fā)射波長二向色鏡
技術參數
FAMEx 470/30Em 520/20505二向色鏡設計波段 300-1100nm@OD6
HEXEx 530/20Em 565/20550二向色鏡中心波長誤差±3nm
ROXEx 570/20Em 615/20590二向色鏡半帶寬30±3nm、20±2nm
CY5Ex 630/20Em 675/20647二向色鏡實現方式單片 / 膠合

鍍膜工藝磁控濺射 / 真空鍍膜
峰值透過率>90%


2.數字PCR        


數字PCR濾光片

數字PCR


數字PCR光路圖

數字PCR光譜

(圖:數字PCR光路圖)(圖:數字PCR光譜)


解決方案:

熒光通道激發(fā)波長發(fā)射波長二向色鏡
技術參數
FAMEx 488/20Em 527/20505二向色鏡設計波段 300-1100nm@OD6
HEXEx 527/20Em 567/15550二向色鏡中心波長誤差±2nm
ROXEx 572/28Em 615/24590二向色鏡半帶寬20±2nm
CY5Ex 625/26Em 661/11647二向色鏡實現方式單片 / 膠合

鍍膜工藝磁控濺射 / 真空鍍膜
峰值透過率>90%


標簽: PCR 熒光定量