液滴數字PCR
數字PCR源于乳液PCR(emulsion PCR)技術 ,利用微滴發生器可以一次生成數萬乃至數百萬個納升甚至皮升級別的單個油包水微滴,作為數字PCR的樣品分散載體,PCR反應結束后檢測每個微滴的熒光信號。目前Bio-Rad公司的QX100系統、 QX200系統均為采用液滴技術的數字PCR系統。
數字PCR與實時熒光定量PCR的比較
| 方法 | 原理 | 應用 | 優點 | 缺點 |
| 數字PCR | 將PCR反應體系進行分液,PCR擴增,通過統計陽性反應和陰性反應的數目,直接得出樣品的拷貝數 | 病毒載量的絕對定量;拷貝數變異分析;罕見突變的檢測;基因表達定量;二代測序文庫分析等 | 絕對定量,不需要標準曲線,靈敏度高,對PCR反應抑制劑的耐受能力更 強 |
檢測的動態范圍要小,容易產生假陽性,成本較高 |
| 實時熒光定量PCR | 擴增產物的量與熒光信號強度成正比,通過反應的循環閾值及標準曲線,對樣品定量 | 病原體的檢測與定量;基因表達的相對檢測;單核苷酸多態性分析;腫瘤標志物的檢測等 | 檢測的動態范圍廣,應用范圍廣,成本較低 | 擴增效率易受PCR反應抑制劑的影響 |
應用
dPCR技術具有以下的優勢:
(1)高靈敏度。dPCR本質上將一個傳統的PCR反應變成了數萬個PCR反應,在這數萬個反應單元中分別獨立檢測目的序列,從而大大提高了檢測的靈敏度。
(2)高精確度。dPCR通過計算在數萬個反應單元中陽性反應單元數量和比例,可以精確地檢測出變化很小的目的序列差異。
(3)高耐受性。dPCR技術第一步反應體系分配的過程,可以使背景序列和PCR反應抑制物被均勻分配到每個反應單元,而大部分反應單元中并不含有目的序列,低豐度的目的序列被相對富集于某些反應單元中,從而顯著地降低了這些反應單元中背景序列和抑制物對反應的干擾。另外,dPCR在對每個反應單元進行結果判讀時僅判斷陽性/陰性兩種狀態,不依賴于Ct值,受擴增效率的影響大為降低,對背景序列和抑制物的耐受能力也大大提高。
(4)絕對定量。PCR直接計算目的序列的拷貝數,無需依賴于Ct值和標準曲線就可以進行精確的絕對定量檢測。
dPCR的以上優點使其特別適合于以下方面的應用:
| 領域 | 應用實例 |
| 臨床診斷 | 無創產前診斷 |
| 癌癥標志物檢測 | |
| 病毒檢測 | |
| 拷貝數變異分析 | |
| 稀有突變檢測 | |
| 基因表達分析 | 復雜樣品基因表達分析 |
| 單細胞基因表達分析 | |
| 下一代測序 | 測序結果驗證 |
| 測序文庫質控 | |
| 基因成分定量 | 轉基因成分分析 |
| 微生物檢測 | 水樣微生物檢測 |
| 病原微生物檢測 |
dPCR作為核酸定量的新技術,與此前的核酸定量方法相比,方法的靈敏度、準確度更高。dPCR為分子生物學、微生物學等領域提供了新的檢測方法和實驗思路。從應用的范圍、實驗的成本角度來看,dPCR不可能完全取代qPCR,但是dPCR方法可以進行精準的絕對定量分析,極好的數據重現性,而且樣本需求較低,在核酸檢測與定量等方面有非常重要的補充。在整個dPCR的發展過程中,應用越來越廣泛,在核酸檢測定量、抗病毒治療監測、預后判斷具有重要的意義。隨著dPCR技術和商品化平臺的發展,dPCR的通量將會更高,成本更低,在科學研究領域將會發揮更重要的作用。
參考文獻
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中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所,關于“數字 PCR 發展、原理、運用和前景”調查匯報,2017.3.
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