数字 PCR 技术的原理和优势

数字 PCR 技术的原理和优势如下:

原理


数字 PCR 是将含有核酸分子的荧光 PCR 反应体系随机分散到成千上万个单独的纳升级反应器中,每个反应器或不含待检核酸靶分子,或含有至少一个待检核酸靶分子1。其过程主要包括以下步骤:

  1. 分散体系:将样本充分稀释并分配到多个独立的反应单元中,如基于油包水微滴生成技术的微滴式数字 PCR 会通过油包裹 PCR 体系形成无数个油包水微滴,每个微滴是一个独立反应单元;基于微流控技术的微流控芯片式数字 PCR 则利用微流控芯片装置使 PCR 反应体系准确快速地分散于芯片孔中。
  2. PCR 扩增:在每个反应单元中进行单独、平行的 PCR 反应,对目标核酸分子进行扩增。
  3. 信号检测:扩增结束后,对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析,有荧光信号的反应器判读为 “1”,没有荧光信号的反应器判读为 “0”,从而将荧光模拟信号数字化,最终根据泊松分布原理以及阴 / 阳性反应的比例,直接计算反应体系中待检靶分子的拷贝数浓度。

优势


  1. 绝对定量:常规 PCR 和实时荧光 PCR 定量检测需已知拷贝数的标准 DNA 制定标准曲线,会因样品测定条件差异造成 PCR 扩增效率不同,影响定量结果准确性。而数字 PCR 不受标准曲线和扩增动力学影响,可直接读出 DNA 的分子个数,实现绝对定量。
  2. 高灵敏度:能检测到极低拷贝数的核酸分子,原则上最低可检测到 1 个拷贝的靶标分子,可有效区分与监测微量浓度变化,能精确地检测到很小的目的片段的差异、单拷贝甚至是低浓度混杂样品,比如可以检测出体细胞中含量极低的单个突变,能识别低至 1/100,000 的变异频率1
  3. 高耐受性:目的序列被分配到多个微滴或反应单元中,显著降低了体系间的影响以及背景序列和抑制物对反应的干扰,扩增基质效应大大减小,对样品的纯度要求相对没那么苛刻,在检测复杂样本或含有抑制剂的样本时更具优势。
  4. 样品需求量低:在检测珍贵样品和样品核酸存在降解时具有明显优势,只需少量的样本即可进行检测,能够节约珍贵的生物样本。
  5. 可进行多重检测:多个单一的反应单元为多目标序列的高通量检测提供了基础,可同时对多个目标核酸分子进行检测和分析,提高检测效率和信息获取量。
  6. 结果准确性和重复性好:由于每个反应单元独立进行反应和检测,减少了反应之间的干扰和误差,使得检测结果的准确性和重复性更高,不同批次实验之间的差异也较小。
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