什么是熒光定量PCR、數字PCR?
一、技術篇 |
在全球醫療器械行業中,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,經過幾十年的發展,經歷了初代傳統PCR、第二代熒光定量PCR和第三代數字PCR的演變,在醫療篩查診斷、生命科學基礎研究、法醫分析鑒定及食品衛生和環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。
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。
(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。
(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 | 技術優勢 | 技術劣勢 |
傳統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
(圖:熒光定量PCR光路圖) |
(圖:熒光定量PCR光譜) |
解決方案一:
熒光通道 | 激發波長 | 發射波長 | 二向色鏡 | 技術參數 | ||
Atto425 | Ex 430/10 | Em 480/10 | \ | 設計波段 | 300-1100nm@OD6 | |
FAM | Ex 470/10 | Em 515/10 | \ | 中心波長誤差 | ±2nm | |
HEX | Ex 535/10 | Em 565/10 | \ | 半帶寬 | 10±2nm | |
ROX | Ex 585/10 | Em 614/10 | \ | 實現方式 | 單片 / 膠合 | |
CY5 | Ex 630/10 | Em 670/10 | \ | 鍍膜工藝 | 磁控濺射 / 真空鍍膜 | |
CY5.5 | Ex 682/10 | Em 725/10 | \ | 峰值透過率 | >85% |
解決方案二:
熒光通道 | 激發波長 | 發射波長 | 二向色鏡 | 技術參數 | ||
FAM | Ex 470/30 | Em 520/20 | 505二向色鏡 | 設計波段 | 300-1100nm@OD6 | |
HEX | Ex 530/20 | Em 565/20 | 550二向色鏡 | 中心波長誤差 | ±3nm | |
ROX | Ex 570/20 | Em 615/20 | 590二向色鏡 | 半帶寬 | 30±3nm、20±2nm | |
CY5 | Ex 630/20 | Em 675/20 | 647二向色鏡 | 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
(圖:數字PCR光路圖) | (圖:數字PCR光譜) |
解決方案:
熒光通道 | 激發波長 | 發射波長 | 二向色鏡 | 技術參數 | ||
FAM | Ex 488/20 | Em 527/20 | 505二向色鏡 | 設計波段 | 300-1100nm@OD6 | |
HEX | Ex 527/20 | Em 567/15 | 550二向色鏡 | 中心波長誤差 | ±2nm | |
ROX | Ex 572/28 | Em 615/24 | 590二向色鏡 | 半帶寬 | 20±2nm | |
CY5 | Ex 625/26 | Em 661/11 | 647二向色鏡 | 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% |