定義
核酸擴(kuò)增檢測分析儀(Nucleic Acid?。粒恚穑欤椋妫椋悖幔簦椋铮睢。裕澹螅簦椋睿纭。樱螅簦澹恚危粒粒裕┦且环N通過體外擴(kuò)增特定核酸序列(DNA/RNA),結(jié)合實時熒光檢測或終點(diǎn)分析技術(shù),實現(xiàn)對病原體、遺傳標(biāo)志物超靈敏檢測的分子診斷設(shè)備。廣泛應(yīng)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(lǐng)域。
核心工作原理
1. 核酸擴(kuò)增技術(shù)
技術(shù)類型 | 原理 | 特點(diǎn) |
---|---|---|
PCR | 熱循環(huán)(變性-退火-延伸)擴(kuò)增目標(biāo)DNA | 金標(biāo)準(zhǔn),需溫度驟變設(shè)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(kuò)增曲線 | 定量分析,閉管防污染 |
等溫擴(kuò)增 | 恒溫條件下擴(kuò)增(如LAMP、RPA、NASBA) | 快速(<30?。恚椋睿O(shè)備簡易 |
數(shù)字PCR?。ǎ洌校茫遥?/td> | 將樣本分割為微反應(yīng)單元,終點(diǎn)法絕對定量 | 超高靈敏度,無需標(biāo)準(zhǔn)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,?。停铮欤澹悖酰欤幔颉。拢澹幔悖铮睿盒蛄刑禺愋蕴结?biāo)饣驑?gòu)象變化釋放熒光,特異性高。
信號解析:
閾值循環(huán)數(shù)(Ct值):qPCR中熒光達(dá)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(gòu)成
模塊 | 功能組件 |
---|---|
溫控系統(tǒng) | 半導(dǎo)體帕爾貼溫控模塊(qPCR:0.1℃精度,升降溫速率>4℃/s) |
光學(xué)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(qū)動樣本在芯片或微孔板中流動(全自動機(jī)型) |
數(shù)據(jù)分析軟件 | 自動計算Ct值、熔解曲線分析(Tm值)、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、結(jié)果判讀(陽性/陰性/數(shù)值) |
人機(jī)交互界面 | 觸摸屏控制?。∵h(yuǎn)程監(jiān)控?。。蹋桑酉到y(tǒng)對接 |
關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域
領(lǐng)域 | 檢測目標(biāo) |
---|---|
病原體診斷 | 新冠病毒、HIV、HPV、結(jié)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(zhǔn)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(xué) | STR分型、親子鑒定 |
技術(shù)演進(jìn)與創(chuàng)新
一體化集成:
樣本進(jìn)-結(jié)果出:整合核酸提取、擴(kuò)增、檢測于單設(shè)備(如GeneXpert、BioFire?。疲椋欤恚粒颍颍幔?。
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)。
多重檢測能力:
單反應(yīng)管同時檢測10-30種靶標(biāo)(呼吸道/腸道病原體多聯(lián)檢)。
快速便攜化:
等溫擴(kuò)增技術(shù)(LAMP/RPA)?。∈謾C(jī)熒光讀取器,實現(xiàn)床旁檢測(POCT)。
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(biāo) | qPCR | 等溫擴(kuò)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(yīng) | 10-100拷貝/反應(yīng) | 1拷貝/反應(yīng) |
定量能力 | 相對定量(需標(biāo)準(zhǔn)曲線) | 半定量 | 絕對定量 |
抗干擾性 | 中等 | 低(樣本需純化) | 極高 |
設(shè)備成本 | 中高(5-20萬) | 低(1-5萬) | 高(20-50萬) |
代表設(shè)備與廠商
廠商 | 明星產(chǎn)品 | 技術(shù)亮點(diǎn) |
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羅氏 | Cobas 6800/8800 | 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(kuò)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(shù)領(lǐng)先 |
雅培 | m2000?。遥澹幔欤裕椋恚?/td> | 自動化樣本前處理?。U(kuò)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(gòu)建 |
操作流程(以qPCR為例)
樣本制備:全血/痰液/組織 → 核酸提取純化
反應(yīng)體系配制:引物探針?。∶浮。∧0濉。【彌_液
程序設(shè)置:
預(yù)變性(95℃,?。玻恚椋睿⊙h(huán)擴(kuò)增(95℃?。保担蟆 。叮啊妗。保恚椋?,?。矗拜啠?/p>
實時監(jiān)測:每輪循環(huán)采集熒光信號
結(jié)果分析:
擴(kuò)增曲線:S形曲線判陽性
熔解曲線:單一峰確保特異性
標(biāo)準(zhǔn)曲線:計算病毒載量(copies/mL)
挑戰(zhàn)與局限
污染風(fēng)險:擴(kuò)增產(chǎn)物的氣溶膠污染可能導(dǎo)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(kuò)增效率(需內(nèi)參基因監(jiān)控)。
引物設(shè)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
超快速PCR:微流控芯片?。「哳l溫控,實現(xiàn)10分鐘內(nèi)擴(kuò)增(如對流PCR)。
無提取直擴(kuò):樣本裂解后直接擴(kuò)增,省去純化步驟(適用于唾液/尿液)。
AI輔助判讀:深度學(xué)習(xí)優(yōu)化閾值設(shè)定,減少人為誤判。
多組學(xué)整合:單設(shè)備兼容核酸、蛋白、細(xì)胞多維度檢測。
總結(jié)
核酸擴(kuò)增檢測分析儀是分子診斷的“基石技術(shù)”,其迭代核心圍繞精準(zhǔn)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(dǎo),持續(xù)推動精準(zhǔn)醫(yī)療落地。未來隨著微流控與人工智能的融合,將進(jìn)一步突破時效與成本瓶頸,成為普惠型診斷工具。
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