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核酸擴增檢測分析儀百科知識
發(fā)布時間:2025-06-25 09:23:15

定義

核酸擴增檢測分析儀(Nucleic?。粒悖椋洹。粒恚穑欤椋妫椋悖幔簦椋铮睢。裕澹螅簦椋睿纭。樱螅簦澹?,NAAT)是一種通過體外擴增特定核酸序列(DNA/RNA),結合實時熒光檢測或終點分析技術,實現(xiàn)對病原體、遺傳標志物超靈敏檢測的分子診斷設備。廣泛應用于感染性疾病診斷、遺傳病篩查、腫瘤基因檢測、法醫(yī)鑒定等領域。


核心工作原理

1. 核酸擴增技術

技術類型原理特點
PCR熱循環(huán)(變性-退火-延伸)擴增目標DNA金標準,需溫度驟變設備
實時熒光定量PCR?。ǎ瘢校茫遥?/td>PCR過程中嵌入熒光染料/探針,實時監(jiān)測擴增曲線定量分析,閉管防污染
等溫擴增恒溫條件下擴增(如LAMP、RPA、NASBA)快速(<30 min),設備簡易
數(shù)字PCR?。ǎ洌校茫遥?/td>將樣本分割為微反應單元,終點法絕對定量超高靈敏度,無需標準曲線

2. 檢測原理

  • 熒光信號采集:

    • 染料法(SYBR Green):嵌入雙鏈DNA發(fā)出熒光,成本低但特異性差。

    • 探針法(TaqMan, Molecular?。拢澹幔悖铮睿盒蛄刑禺愋蕴结標饣驑嬒笞兓尫艧晒?,特異性高。

  • 信號解析:

    • 閾值循環(huán)數(shù)(Ct值):qPCR中熒光達到閾值的循環(huán)數(shù),與起始模板量成反比。

    • 微滴熒光計數(shù):dPCR通過陽性微滴比例計算絕對拷貝數(shù)。


系統(tǒng)構成

模塊功能組件
溫控系統(tǒng)半導體帕爾貼溫控模塊(qPCR:0.1℃精度,升降溫速率>4℃/s)
光學檢測系統(tǒng)多通道熒光激發(fā)光源(LED/激光)?。V光片?。。茫茫模校停詸z測器(支持4-6色熒光)
微流體控制注射泵/氣壓閥驅動樣本在芯片或微孔板中流動(全自動機型)
數(shù)據(jù)分析軟件自動計算Ct值、熔解曲線分析(Tm值)、標準曲線擬合、結果判讀(陽性/陰性/數(shù)值)
人機交互界面觸摸屏控制?。∵h程監(jiān)控?。。蹋桑酉到y(tǒng)對接

關鍵應用領域

領域檢測目標
病原體診斷新冠病毒、HIV、HPV、結核分枝桿菌、流感病毒等
遺傳病篩查地中海貧血、脊髓性肌萎縮癥(SMA)、遺傳性耳聾基因突變
腫瘤精準醫(yī)療EGFR/ALK/KRAS基因突變、MSI狀態(tài)、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)
血液篩查HBV/HCV/HIV核酸血站安全檢測
食品安全食源性致病菌(沙門氏菌、大腸桿菌O157)
法醫(yī)學STR分型、親子鑒定

技術演進與創(chuàng)新

  1. 一體化集成:

    • 樣本進-結果出:整合核酸提取、擴增、檢測于單設備(如GeneXpert、BioFire FilmArray)。

    • 微流控芯片:通過離心式/液滴微流控實現(xiàn)“芯片實驗室”(Lab-on-a-Chip)。

  2. 多重檢測能力:

    • 單反應管同時檢測10-30種靶標(呼吸道/腸道病原體多聯(lián)檢)。

  3. 快速便攜化:

    • 等溫擴增技術(LAMP/RPA)?。∈謾C熒光讀取器,實現(xiàn)床旁檢測(POCT)。

  4. 數(shù)字量化革命:

    • 微滴式/芯片式dPCR檢測低頻突變(<0.1%)、病毒載量絕對定量。


性能參數(shù)對比

指標qPCR等溫擴增dPCR
檢測速度1-2小時15-45分鐘2-4小時
靈敏度10-100拷貝/反應10-100拷貝/反應1拷貝/反應
定量能力相對定量(需標準曲線)半定量絕對定量
抗干擾性中等低(樣本需純化)極高
設備成本中高(5-20萬)低(1-5萬)高(20-50萬)

代表設備與廠商

廠商明星產(chǎn)品技術亮點
羅氏Cobas?。叮福埃埃福福埃?/td>超高通量(96/384孔),8小時處理超千樣本
賽沛GeneXpert一體化卡盒,2小時完成提?。瓟U增-檢測
伯樂CFX96 /?。洌洌校茫蚁到y(tǒng)高精度溫控,微滴生成技術領先
雅培m2000?。遥澹幔欤裕椋恚?/td>自動化樣本前處理?。U增檢測整合
華大智造MGISP-960 /?。模蹋粒?/td>國產(chǎn)超高通量平臺,支持納米球測序文庫構建

操作流程(以qPCR為例)

  1. 樣本制備:全血/痰液/組織 → 核酸提取純化

  2. 反應體系配制:引物探針?。∶浮。∧0濉。【彌_液

  3. 程序設置:

    • 預變性(95℃,?。玻恚椋睿⊙h(huán)擴增(95℃?。保担蟆 。叮啊妗。保恚椋睿。矗拜啠?/p>

  4. 實時監(jiān)測:每輪循環(huán)采集熒光信號

  5. 結果分析:

    • 擴增曲線:S形曲線判陽性

    • 熔解曲線:單一峰確保特異性

    • 標準曲線:計算病毒載量(copies/mL)


挑戰(zhàn)與局限

  • 污染風險:擴增產(chǎn)物的氣溶膠污染可能導致假陽性(需UNG酶防污染體系)。

  • 抑制劑干擾:血紅蛋白、肝素等降低擴增效率(需內參基因監(jiān)控)。

  • 引物設計難度:新發(fā)病原體(如未知病毒)需快速開發(fā)特異性引物。

  • 成本壁壘:試劑耗材價格高,限制基層普及。


未來趨勢

  1. 超快速PCR:微流控芯片 + 高頻溫控,實現(xiàn)10分鐘內擴增(如對流PCR)。

  2. 無提取直擴:樣本裂解后直接擴增,省去純化步驟(適用于唾液/尿液)。

  3. AI輔助判讀:深度學習優(yōu)化閾值設定,減少人為誤判。

  4. 多組學整合:單設備兼容核酸、蛋白、細胞多維度檢測。


總結

核酸擴增檢測分析儀是分子診斷的“基石技術”,其迭代核心圍繞精準化、自動化、床旁化展開。從疫情中大規(guī)模篩查到腫瘤個體化用藥指導,持續(xù)推動精準醫(yī)療落地。未來隨著微流控與人工智能的融合,將進一步突破時效與成本瓶頸,成為普惠型診斷工具。

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