定義
實時熒光PCR分析儀是一種將傳統(tǒng)PCR擴增與熒光信號檢測同步進行的高精度分子生物學設備。通過在PCR反應體系中加入熒光標記物(探針或染料),實時監(jiān)測擴增過程中熒光強度的變化,實現(xiàn)對目標核酸(DNA/RNA)的定量(絕對/相對)或定性分析,無需后期電泳檢測。
核心原理
PCR擴增基礎
遵循聚合酶鏈式反應(PCR)三步驟:變性(高溫解鏈DNA)、退火(引物結合模板)、延伸(合成新鏈)。
熒光信號生成
TaqMan探針:5'端報告基團(FAM),3'端淬滅基團(TAMRA),水解后釋放熒光。
分子信標:莖環(huán)結構,結合靶序列后發(fā)夾打開,熒光恢復。
雙雜交探針:相鄰探針發(fā)生FRET能量轉移產生熒光。
SYBR?。牵颍澹澹畹热玖锨度腚p鏈DNA,發(fā)射熒光(強度與產物量成正比)。
缺點:易受非特異產物干擾。
熒光染料法(非特異性):
熒光探針法(特異性):
實時監(jiān)測
每輪循環(huán)結束時檢測熒光強度,生成擴增曲線。
閾值線(Threshold):背景熒光以上的設定值,與Ct值相關。
Ct值(Cycle Threshold):熒光強度達到閾值時的循環(huán)數(shù),與起始模板量負相關(定量依據(jù))。
核心組件
組件 | 功能 |
---|---|
熱循環(huán)模塊 | 精確控制溫度(±0.1℃),實現(xiàn)變性、退火、延伸的快速切換。 |
光學檢測系統(tǒng) | - 光源:LED、鹵鎢燈或激光器 - 濾光片/光柵:選擇激發(fā)/發(fā)射波長 - 檢測器:CCD或PMT捕獲熒光信號 |
多通道檢測 | 支持4-6色熒光通道(如FAM,?。龋牛?,?。遥希?,?。茫担?,實現(xiàn)多重檢測。 |
溫控技術 | - Peltier半導體溫控:主流技術 - 離心式空氣加熱(快速PCR儀) |
軟件與分析模塊 | 控制儀器運行,分析擴增曲線、計算Ct值、生成標準曲線、輸出定量/熔解曲線結果。 |
工作流程
樣本準備:提取核酸(DNA/RNA),構建反應體系(引物、探針、酶、dNTPs)。
加樣:轉移至專用PCR管或96/384孔板。
程序設置:
溫度程序(預變性→循環(huán)擴增→延伸)
熒光通道選擇(根據(jù)染料/探針波長)
實時監(jiān)測:每輪循環(huán)結束采集熒光信號。
數(shù)據(jù)分析:
定量分析:通過標準曲線計算模板拷貝數(shù)(絕對定量)或相對表達量(如2<sup>?ΔΔCt</sup>法)。
定性分析:熔解曲線分析(SYBR?。牵颍澹澹罘炞C產物特異性)。
陽性判定:Ct值≤預設閾值(通常35-40)。
關鍵性能參數(shù)
參數(shù) | 意義 |
---|---|
檢測靈敏度 | 最低可檢出模板量(可達單拷貝級別)。 |
動態(tài)范圍 | 可準確定量的濃度范圍(通??缭剑叮競€數(shù)量級)。 |
分辨率 | 區(qū)分濃度差異的能力(如±1.5倍差異)。 |
通量 | 單次運行樣本數(shù)(96孔/384孔板,高通量機型支持數(shù)千樣本/天)。 |
升溫/降溫速率 | 影響PCR速度(常規(guī)儀器:3-5°C/秒;快速PCR儀:>10°C/秒)。 |
多色檢測能力 | 支持同步檢測的熒光通道數(shù)(4-6通道為主)。 |
主要應用領域
病原體檢測
病毒(COVID-19、流感、HIV)、細菌(結核分枝桿菌)、寄生蟲的快速診斷。
基因表達分析
mRNA定量(qRT-PCR),研究基因調控機制。
基因分型與突變檢測
SNP分析、插入/缺失鑒定(探針法或熔解曲線分析)。
轉基因檢測
食品/作物中轉基因成分定量(如35S啟動子、NOS終止子)。
藥物開發(fā)與藥效評估
靶基因表達水平監(jiān)測。
法醫(yī)學
DNA指紋圖譜、親子鑒定。
優(yōu)勢與局限性
優(yōu)勢 | 局限性 |
---|---|
? 高靈敏度與特異性 | ? 易受抑制劑影響(血色素、肝素等) |
? 閉管操作,降低污染風險 | ? 引物/探針設計難度高(尤其多重檢測) |
? 定量范圍廣,無需后期處理 | ? 設備及試劑成本較高 |
? 快速獲得結果(1-2小時) | ? 對實驗操作規(guī)范性要求嚴格 |
? 支持多重檢測(多靶標同步分析) | ? 絕對定量需標準品(增加復雜性) |
使用注意事項
防污染措施:
分區(qū)域操作(試劑準備區(qū)→樣本處理區(qū)→擴增區(qū))。
使用帶濾芯吸頭、UV燈消毒工作臺。
質量控制:
設置陰性對照(無模板)、陽性對照、內參基因(如GAPDH)。
探針/染料選擇:
多重檢測需避免光譜重疊。
RNA檢測:
需逆轉錄步驟(qRT-PCR),嚴防RNA酶污染。
發(fā)展趨勢
便攜化與現(xiàn)場檢測
手持式/床旁快速PCR儀(如用于突發(fā)疫情現(xiàn)場篩查)。
自動化整合
與核酸提取儀、液體處理工作站聯(lián)用,構建全自動檢測線。
數(shù)字PCR(dPCR)互補
提供絕對定量無需標準曲線,適用于低豐度靶標分析。
多重檢測能力提升
發(fā)展10色以上熒光系統(tǒng),實現(xiàn)超多重靶標同步檢測。
AI輔助分析
自動識別異常擴增曲線,優(yōu)化結果判讀準確性。
代表廠商與機型
賽默飛世爾(Thermo?。疲椋螅瑁澹颍海眩酰幔睿簦樱簦酰洌椋铩。担?,?。樱簦澹穑希睿澹校欤酰?/p>
伯樂(Bio-Rad):CFX96/384,?。茫疲亍。希穑酰?/p>
羅氏(Roche):LightCycler?。矗福埃梗?/p>
安捷倫(Agilent):AriaMx
國產平臺:宏石(SLAN)、博日(LineGene)
注:文章來源于網(wǎng)絡,如有侵權,請聯(lián)系刪除