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實時熒光pcr分析儀百科知識
發(fā)布時間:2025-06-18 09:26:41

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(xué)設(shè)備。通過在PCR反應(yīng)體系中加入熒光標(biāo)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(biāo)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

  1. PCR擴增基礎(chǔ)

    • 遵循聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)三步驟:變性(高溫解鏈DNA)、退火(引物結(jié)合模板)、延伸(合成新鏈)。

  2. 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(biāo):莖環(huán)結(jié)構(gòu),結(jié)合靶序列后發(fā)夾打開,熒光恢復(fù)。

    • 雙雜交探針:相鄰探針發(fā)生FRET能量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生熒光。

    • SYBR Green等染料嵌入雙鏈DNA,發(fā)射熒光(強度與產(chǎn)物量成正比)。

    • 缺點:易受非特異產(chǎn)物干擾。

    • 熒光染料法(非特異性):

    • 熒光探針法(特異性):

  3. 實時監(jiān)測

    • 每輪循環(huán)結(jié)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(shè)定值,與Ct值相關(guān)。

    • Ct值(Cycle?。裕瑁颍澹螅瑁铮欤洌簾晒鈴姸冗_(dá)到閾值時的循環(huán)數(shù),與起始模板量負(fù)相關(guān)(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(xué)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?, Cy5),實現(xiàn)多重檢測。
溫控技術(shù)-?。校澹欤簦椋澹虬雽?dǎo)體溫控:主流技術(shù)
- 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(biāo)準(zhǔn)曲線、輸出定量/熔解曲線結(jié)果。

工作流程

  1. 樣本準(zhǔn)備:提取核酸(DNA/RNA),構(gòu)建反應(yīng)體系(引物、探針、酶、dNTPs)。

  2. 加樣:轉(zhuǎn)移至專用PCR管或96/384孔板。

  3. 程序設(shè)置:

    • 溫度程序(預(yù)變性→循環(huán)擴增→延伸)

    • 熒光通道選擇(根據(jù)染料/探針波長)

  4. 實時監(jiān)測:每輪循環(huán)結(jié)束采集熒光信號。

  5. 數(shù)據(jù)分析:

    • 定量分析:通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算模板拷貝數(shù)(絕對定量)或相對表達(dá)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(chǎn)物特異性)。

    • 陽性判定:Ct值≤預(yù)設(shè)閾值(通常35-40)。


關(guān)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(dá)單拷貝級別)。
動態(tài)范圍可準(zhǔn)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?jǐn)?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(yīng)用領(lǐng)域

  1. 病原體檢測

    • 病毒(COVID-19、流感、HIV)、細(xì)菌(結(jié)核分枝桿菌)、寄生蟲的快速診斷。

  2. 基因表達(dá)分析

    • mRNA定量(qRT-PCR),研究基因調(diào)控機制。

  3. 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)。

  4. 轉(zhuǎn)基因檢測

    • 食品/作物中轉(zhuǎn)基因成分定量(如35S啟動子、NOS終止子)。

  5. 藥物開發(fā)與藥效評估

    • 靶基因表達(dá)水平監(jiān)測。

  6. 法醫(yī)學(xué)

    • 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(fēng)險? 引物/探針設(shè)計難度高(尤其多重檢測)
? 定量范圍廣,無需后期處理? 設(shè)備及試劑成本較高
? 快速獲得結(jié)果(1-2小時)? 對實驗操作規(guī)范性要求嚴(yán)格
? 支持多重檢測(多靶標(biāo)同步分析)? 絕對定量需標(biāo)準(zhǔn)品(增加復(fù)雜性)

使用注意事項

  1. 防污染措施:

    • 分區(qū)域操作(試劑準(zhǔn)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。

  2. 質(zhì)量控制:

    • 設(shè)置陰性對照(無模板)、陽性對照、內(nèi)參基因(如GAPDH)。

  3. 探針/染料選擇:

    • 多重檢測需避免光譜重疊。

  4. RNA檢測:

    • 需逆轉(zhuǎn)錄步驟(qRT-PCR),嚴(yán)防RNA酶污染。


發(fā)展趨勢

  1. 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)。

  2. 自動化整合

    • 與核酸提取儀、液體處理工作站聯(lián)用,構(gòu)建全自動檢測線。

  3. 數(shù)字PCR(dPCR)互補

    • 提供絕對定量無需標(biāo)準(zhǔn)曲線,適用于低豐度靶標(biāo)分析。

  4. 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(biāo)同步檢測。

  5. AI輔助分析

    • 自動識別異常擴增曲線,優(yōu)化結(jié)果判讀準(zhǔn)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?, StepOnePlus

  • 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(chǎn)平臺:宏石(SLAN)、博日(LineGene)

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