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
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)。
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):
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
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)。
加樣:轉(zhuǎn)移至專用PCR管或96/384孔板。
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)
實時監(jiān)測:每輪循環(huán)結(jié)束采集熒光信號。
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
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。
基因表達(dá)分析
mRNA定量(qRT-PCR),研究基因調(diào)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(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)。
藥物開發(fā)與藥效評估
靶基因表達(dá)水平監(jiān)測。
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
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。
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)。
探針/染料選擇:
多重檢測需避免光譜重疊。
RNA檢測:
需逆轉(zhuǎn)錄步驟(qRT-PCR),嚴(yán)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(gòu)建全自動檢測線。
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。
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。
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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