簡介
歷史
聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)是一種很普及的技術(shù),廣泛應(yīng)用于臨床診斷和分子生物學(xué)研究。 PCR是由DNA聚合酶在體外擴(kuò)增特定的核酸(NA)序列。PCR技術(shù)的飛躍發(fā)生在1983年,當(dāng)Kary Mullis推廣使用了伴隨溫度循環(huán)的熱穩(wěn)定聚合酶 [1] [2] [3] 。PCR的普遍應(yīng)用在于其能把數(shù)量很少的靶核酸序列,擴(kuò)增成大量的PCR產(chǎn)物,然后通過下游方法檢測,例如通過瓊脂糖凝膠電泳觀察核酸(NA)產(chǎn)物。這是由于核酸(NA)序列的指數(shù)擴(kuò)增,使得起始模板(靶核酸序列)擴(kuò)增產(chǎn)生數(shù)百萬的拷貝。
基本PCR反應(yīng)
PCR反應(yīng)擴(kuò)增靶核酸序列是通過使用DNA聚合酶,引物和核苷酸。 PCR反應(yīng)的模板可能是任何靶核酸序列,核酸的來源可能是DNA,RNA或cDNA。引物是體外合成的核酸短序列。引物的設(shè)計(jì)是互補(bǔ)結(jié)合于特定靶核酸模板的反義鏈,引物的長度通常是15-40個(gè)堿基。引物*好是缺少二級結(jié)構(gòu)并且不彼此互補(bǔ),以防止引物二聚體的形成。多種DNA聚合酶都可用于PCR,但*廣泛使用的是耐熱的Taq DNA聚合酶。這種酶根據(jù)模板的核酸序列進(jìn)行引物延伸(在引物末端添加dNTPs或核苷酸)。
PCR反應(yīng)通常是20-40個(gè)溫度循環(huán)。核酸模板序列的變性是在95℃進(jìn)行的。引物退火結(jié)合與靶序列是在溫度冷卻至37-60℃進(jìn)行的。引物的核苷酸延伸是DNA聚合酶在60-72℃的范圍內(nèi)進(jìn)行的。常規(guī)的循環(huán)條件是起初95℃持續(xù)5分鐘,使得所有的核酸模板變性,接著是重復(fù)2-40個(gè)溫度循環(huán)(95℃持續(xù)30秒,60℃持續(xù)30秒,72℃持續(xù)1分鐘)。對于具體試驗(yàn),在每個(gè)溫度上持續(xù)的時(shí)間可以優(yōu)化。例如,很短的靶序列的擴(kuò)增相比于很長的靶序列,在每個(gè)溫度上需要持續(xù)的時(shí)間就要短得多。每個(gè)溫度循環(huán)獲得的靶序列產(chǎn)物都是前一個(gè)循環(huán)的產(chǎn)物的2倍。這就導(dǎo)致了原始模板的指數(shù)擴(kuò)增,通常獲得的產(chǎn)物是原始靶核酸序列的數(shù)百萬或數(shù)十億的拷貝。
基本PCR反應(yīng)有三個(gè)時(shí)期。指數(shù)時(shí)期是每個(gè)溫度循環(huán)擴(kuò)增的核酸產(chǎn)物都是確切倍增。實(shí)時(shí)PCR檢測就是在指數(shù)時(shí)期進(jìn)行的。線性時(shí)期發(fā)生的反應(yīng)減慢是由于試劑的消耗和產(chǎn)物的降解。*后時(shí)期是平臺期,就是反應(yīng)停止,不再生成擴(kuò)增產(chǎn)物了。常規(guī)PCR反應(yīng)就是在平臺期通過凝膠電泳分析PCR反應(yīng)產(chǎn)物。

圖 1. PCR反應(yīng)的時(shí)期. 在PCR反應(yīng)過程中,在指數(shù)時(shí)期發(fā)生的是產(chǎn)物的倍增,在線性時(shí)期發(fā)生的是略低于倍增的產(chǎn)物擴(kuò)增,在平臺期發(fā)生的是非常低的幾乎停滯的產(chǎn)物擴(kuò)增。
PCR反應(yīng)的下游檢測
PCR產(chǎn)物的下游檢測有許多種方法。一種常用的觀察方法是通過瓊脂糖凝膠電泳。這包括通過電泳分離核酸片段,使用嵌入染料如溴化乙錠或SybrSafe染色核酸片段,隨后使用紫外線光源和成像系統(tǒng)檢測(圖2)。

圖 2. DNA的瓊脂糖凝膠的照片. *左邊的一行是DNA梯狀條帶,包含已知大小的核酸片段。凝膠上*下面的條帶是長度為100個(gè)堿基對的核酸片段。右面的幾行是長度為120個(gè)堿基對的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。
實(shí)時(shí)PCR使用專門的熱循環(huán)儀檢測每個(gè)反應(yīng)孔的熒光信號。這個(gè)信號指示的是反應(yīng)管或反應(yīng)孔所含的雙鏈核酸的量。這個(gè)信號表示為相對熒光單位,是熱循環(huán)儀軟件相對于溫度循環(huán)周期數(shù)而繪制的(圖3)。
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圖 3. 實(shí)時(shí)PCR擴(kuò)增曲線. 畫圖關(guān)聯(lián)熒光信號與溫度周期數(shù)。這個(gè)信號是實(shí)時(shí)測量的,因此可以隨著PCR的進(jìn)行,實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)展。
應(yīng)用
PCR廣泛應(yīng)用于科研,臨床和法醫(yī)領(lǐng)域。在分子生物學(xué)研究中,PCR常用于基因工程,DNA測序,基因表達(dá)分析。 在臨床實(shí)驗(yàn)室中,PCR對感染性**的檢測是至關(guān)重要的。在司法鑒定中,PCR的應(yīng)用包括親子鑒定和DNA指紋。這些應(yīng)用都是利用了PCR極高的敏感性,即使是來自人的一根頭發(fā)中靶核酸序列,PCR也能檢測出來。表1列出了PCR的主要應(yīng)用及其參考文獻(xiàn)。
應(yīng)用 | 參考文獻(xiàn) |
食物中病原體的檢測 | [4] [5] |
感染性**的診斷 | [6] |
基因分型 | [7] [8] |
人類遺傳突變的檢測 | [9] [10] |
microRNA的表達(dá)譜 | [11] [12] |
基因表達(dá)分析 | [13] [14] [15] |
DNA測序 | [16] [17] |
法醫(yī) - 遺傳指紋 | [18] [19] [20] |
法醫(yī)- 親子鑒定 | [21] |
基因工程 | [22] [23] |
Table 1. 主要的PCR 應(yīng)用.
方法
標(biāo)準(zhǔn)/常規(guī)PCR
PCR方法有許多種,每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性。標(biāo)準(zhǔn)或常規(guī)PCR是PCR反應(yīng)的*基本類型。能給出定性結(jié)果,并且需要PCR結(jié)束后的DNA檢測或觀察步驟。常規(guī)PCR的主要優(yōu)點(diǎn)是成本相當(dāng)?shù)?,并且?guī)缀跛械膶?shí)驗(yàn)室都有可用的常規(guī)PCR儀。通常情況下,常規(guī)PCR反應(yīng)結(jié)束后,通過瓊脂糖凝膠電泳按照核酸片段的大小分離產(chǎn)物。 使用溴化乙錠或Sybr Safe等嵌入染料和紫外線光源觀察DNA擴(kuò)增產(chǎn)物。 PCR反應(yīng)特異性的初步確定是通過產(chǎn)物的片段大小相比于DNA梯狀條帶,DNA梯狀條帶是已知大小的DNA片段的混合物。產(chǎn)物的電泳條帶可從凝膠中切割分離,條帶中的DNA通過純化和測序,從而更可靠地確定PCR反應(yīng)特異性。圖2是瓊脂糖凝膠電泳圖的一個(gè)示例,左側(cè)是DNA梯狀條帶,右側(cè)是幾個(gè)PCR反應(yīng)產(chǎn)物的電泳。標(biāo)準(zhǔn)或常規(guī)PCR的局限性是靈敏度低,并且不能給出定量結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)需求 | PCR 方法 | 優(yōu)點(diǎn) | 局限性 |
確定在幾個(gè)樣品中是否存在靶核酸序列 | 標(biāo)準(zhǔn)或常規(guī) | | - 只能是定性結(jié)果
- 反應(yīng)結(jié)束后的下游檢測
|
在許多樣品中靶核酸序列的定量檢測 | 實(shí)時(shí) | | - 價(jià)格成本高于常規(guī)方法
- PCR速度居中
|
測定幾個(gè)樣品的多個(gè)靶核酸序列的定量結(jié)果 | PCR 芯片 | - 每個(gè)樣品可以同時(shí)檢測多達(dá)88個(gè)基因
| - 每個(gè)樣品需要一個(gè)芯片
- 對于許多樣本是價(jià)格昂貴的
|
野外實(shí)地檢測靶核酸 | 微流控芯片 | | |
檢測極低豐度的靶核酸或者需要極為**的定量 | 數(shù)字和液滴的數(shù)字 | | |
Table 2. 主要的PCR方法, 及其優(yōu)點(diǎn)和局限性
實(shí)時(shí)PCR
實(shí)時(shí)PCR是*近的,但已經(jīng)非常普遍的PCR方法,與常規(guī)PCR相比,實(shí)時(shí)PCR有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先,可以實(shí)時(shí)檢測PCR產(chǎn)物,所以就不需要在PCR結(jié)束后通過瓊脂糖凝膠電泳觀察檢測DNA了。此外,實(shí)時(shí)PCR是定量的和特異的。通過與已知量的DNA的標(biāo)準(zhǔn)曲線相比,可以確定樣本的靶序列起始量。PCR反應(yīng)之后,通過使用特定的核酸探針和/或熔解曲線分析,使其特異性增加。參見圖4示例的單一的PCR產(chǎn)物的熔解曲線。單峰的存在表明PCR反應(yīng)得到了單一的擴(kuò)增產(chǎn)物。多峰的存在表明PCR反應(yīng)得到了多個(gè)擴(kuò)增產(chǎn)物,由此PCR檢測的反應(yīng)體系需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。實(shí)時(shí)PCR的局限性是成本增加,并且需要專門的熱循環(huán)儀,而且靶核酸序列起始量的定量**度有限。
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圖 4. 熔解曲線圖. 實(shí)時(shí)PCR使用DNA結(jié)合染料檢測之后,通過熔解曲線分析反應(yīng)產(chǎn)物,以確定是否生成了單一的PCR產(chǎn)物。
PCR芯片
PCR芯片是使用實(shí)時(shí)PCR熱循環(huán)儀,基于實(shí)時(shí)PCR的SYBR green檢測。 PCR芯片是在96孔板各孔中加入不同的基因特異引物,可以檢測同一樣品中多達(dá)88個(gè)基因的表達(dá),以及8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)φ辗磻?yīng)。PCR芯片在96孔板的每一個(gè)孔中檢測單一基因的特定產(chǎn)物。PCR芯片通常包括對照反應(yīng),能給出基因表達(dá)的定量結(jié)果。PCR芯片通常是用于一個(gè)特定的生物學(xué)通路(例如,DNA修復(fù),細(xì)胞周期,或氧化應(yīng)激)的一組相關(guān)基因的表達(dá)分析。PCR芯片的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)檢測一個(gè)樣品中多個(gè)不同基因的表達(dá)。局限是每個(gè)樣品都需要分別處理,所以非常耗時(shí),而且也很昂貴。
微流控芯片PCR
微流控芯片PCR是使用微細(xì)加工和微流體,與常規(guī)或?qū)崟r(shí)PCR相比,微流控芯片PCR可以更快速地?cái)U(kuò)增DNA。此外,微流控芯片PCR的體積小,并且集成了檢測元件,所以具有更好的便攜性和便于野外使用。數(shù)字和液滴的數(shù)字PCR能夠分隔核酸分子,不需要標(biāo)準(zhǔn)曲線就能定量PCR終產(chǎn)物。這樣就可以非常**地測定拷貝數(shù),并且能夠檢測到非常低拷貝數(shù)的目標(biāo)核酸序列。雖然微流控芯片PCR是強(qiáng)大和**的,但是許多研究者都用不起。這是由于所需的微加工設(shè)備,或需要購買的預(yù)制芯片,是相當(dāng)昂貴的。然而,微流控芯片PCR發(fā)展迅速,成本可能很快就會顯著降低。
其他PCR方法
生物學(xué)研究還使用了許多其他PCR方法?;蚍中屯ǔJ褂玫任换蛱禺惖腜CR [24] 。表觀遺傳學(xué)研究是主要使用甲基化特異的PCR。這種技術(shù)檢測基因組DNA中CpG島的甲基化 [25] 。降落PCR(Touchdown PCR)是通過隨著反應(yīng)的進(jìn)行,逐步降低退火溫度,從而減少非特異性擴(kuò)增。這種技術(shù)有利于特定靶序列擴(kuò)增產(chǎn)量的提高 [26] 。
PCR方法學(xué)的挑戰(zhàn)
儀器
雖然PCR是一種很普及的技術(shù),但是仍有很多機(jī)會可以改進(jìn),從而縮短反應(yīng)所需的時(shí)間和降低反應(yīng)液的體積。反應(yīng)速度取決于加熱和溫度循環(huán)機(jī)制的類型,以及反應(yīng)液的體積,因此是PCR改進(jìn)的首要目標(biāo)?;诮饘賶K加熱的PCR系統(tǒng),使用間接傳導(dǎo)加熱,是很普及的,但是金屬塊的熱質(zhì)量很高,并且需要的反應(yīng)液體積比較大,所以熱變化率相當(dāng)緩慢(3?C/s) [27] 。Roche Lightcycler使用對流加熱(convective heating),并且需要的反應(yīng)液體積只有幾微升,所以溫度變化的速度很快(10?C/s) [28] 。 微芯片PCR設(shè)備進(jìn)一步加快了反應(yīng)的速度和降低了反應(yīng)液的體積。這些芯片*常用的導(dǎo)熱原材料是硅或玻璃。這些芯片是熱電加熱,通過基于對流加熱的旋轉(zhuǎn)平臺,或嵌入式電阻加熱器加熱 [29] [30] [31] ,并且需要的反應(yīng)液體積只有幾微升。微芯片PCR還可以使用鎢絲燈的紅外線輻射直接加熱 [32] 。也可以使用激光器的紅外導(dǎo)直接加熱 [33] [34] 。這兩種方法都能在幾分鐘之內(nèi)得到PCR結(jié)果,并且需要的反應(yīng)液體積只有幾皮升(picoliters)。
實(shí)驗(yàn)誤差
假陽性和假陰性PCR結(jié)果都影響PCR檢測的有效性,所以就有必要優(yōu)化PCR反應(yīng),以防止這些假象。假陽性結(jié)果是指即使在反應(yīng)體系中沒有加入起始模板,也能檢測到DNA擴(kuò)增產(chǎn)物。這可能是由于存在污染。必須在潔凈實(shí)驗(yàn)室操作,以避免氣霧化的DNA不經(jīng)意地污染反應(yīng)體系。假陰性結(jié)果是指雖然靶核酸是存在的,但是卻無法檢測到擴(kuò)增產(chǎn)物。原因可能是引物的問題,或者是溫度循環(huán)參數(shù)不是*優(yōu)化的,或者是擴(kuò)增的產(chǎn)物量低于系統(tǒng)的檢測下限。為了減少假陰性的發(fā)生,就有必要對PCR檢測的體系設(shè)計(jì)和溫度循環(huán)條件進(jìn)行優(yōu)化。這包括選擇高質(zhì)量的引物 [35] [36] [37] ,循環(huán)過程中溫度的優(yōu)化,使用高質(zhì)量的核酸模板。
實(shí)時(shí)PCR
優(yōu)點(diǎn)
與常規(guī)PCR相比,實(shí)時(shí)PCR有顯著的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)時(shí)PCR使用檢測系統(tǒng)測量的熒光指示,通常是96孔板的封閉管中的DNA擴(kuò)增產(chǎn)物。實(shí)時(shí)PCR不需要在PCR結(jié)束之后通過瓊脂糖凝膠電泳檢測,從而顯著縮短了獲得結(jié)果所需的時(shí)間。 在每個(gè)溫度循環(huán)后,檢測PCR產(chǎn)物,這樣就可以測量PCR的反應(yīng)動力學(xué)。與通過瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA相比,PCR產(chǎn)物的熒光檢測也更加敏感,所以靶DNA的兩倍量差異,實(shí)時(shí)PCR就能夠檢測出來,但是常規(guī)PCR和瓊脂糖凝膠就不可能檢測出來。此外,使用基于探針的實(shí)時(shí)檢測,PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的檢測就是序列特異的。
PCR產(chǎn)物的檢測
DNA結(jié)合染料: 實(shí)時(shí)PCR采用與PCR產(chǎn)物相互作用的熒光染料或探針。熒光檢測的兩種主要類型是DNA結(jié)合染料,例如SYBR Green,或熒光標(biāo)記的序列特異探針,例如TaqMan或分子信標(biāo)探針(Molecular Beacon probes)。當(dāng)DNA結(jié)合染料結(jié)合于任何雙鏈DNA片段時(shí),染料就發(fā)出熒光信號 [38] 。當(dāng)只有單鏈核酸存在時(shí),這些染料就不結(jié)合于核酸,發(fā)出的熒光信號就很弱。雖然SYBR Green是*常用的,但是其他一些DNA結(jié)合染料也有使用。這些染料包括SYTO 9, [39] SYTO-13, SYTO-82, [40] 和 EvaGreen [41] 。因?yàn)檫@些染料的熒光信號的檢測不是序列特異的,所以就必須進(jìn)行熔解溫度分析,以確保PCR產(chǎn)物是單一的產(chǎn)物 [42] 。參見圖4示例的單一的PCR產(chǎn)物的熔解曲線。如果熔解曲線有多個(gè)峰,那么就表明存在多個(gè)PCR產(chǎn)物,PCR檢測體系就需要進(jìn)一步優(yōu)化。雖然這種方法可能是耗時(shí)的,但是SYBR Green和其他DNA結(jié)合染料仍然很受歡迎,這是因?yàn)榛谌玖系臋z測方法在價(jià)格成本上明顯低于基于探針的檢測方法。
核酸酶依賴的探針: 實(shí)時(shí)PCR采用的檢測化學(xué)的**種主要類型是序列特異性熒光標(biāo)記的探針。這些探針系統(tǒng)可以是核酸酶依賴的探針或者是簡單的雜交探針。核酸酶切割的探針包括TaqMan, HybProbe(兩種寡核苷酸),小溝結(jié)合(MGB)探針,鎖核酸(LNA)探針。這些探針與PCR擴(kuò)增產(chǎn)物中的目標(biāo)核酸序列互補(bǔ)結(jié)合,探針的兩端分別共價(jià)連接一個(gè)報(bào)告熒光染料和一個(gè)淬滅熒光染料。這些系統(tǒng)使用的是螢光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)技術(shù)。當(dāng)染料彼此接近的時(shí)候,報(bào)告染料的熒光信號被淬滅,因此就檢測不到任何信號了。然而,當(dāng)染料彼此分開的時(shí)候,報(bào)告染料的熒光不被淬滅,因此就能檢測到信號 [43] 。探針退火結(jié)合的序列是在PCR引物的結(jié)合位點(diǎn)中,Taq DNA聚合酶在延伸引物產(chǎn)生PCR產(chǎn)物的同時(shí),其5外切酶活性把探針的末端切除。淬滅染料被切除之后,報(bào)告染料就能在激發(fā)下,產(chǎn)生熒光信號。循環(huán)探測技術(shù)(CPT)的探針包含RNA核苷酸,所以不同于TaqMan類型的探針。CPT探針雜交于靶序列之后形成RNA-DNA雙鏈。 然后用RNaseH酶把探針的淬滅染料切除 [44] 。
雜交探針: 雖然雜交探針也是序列特異的,但是不需要核酸外切酶把雜交探針的染料切除。雜交探針包括分子信標(biāo)(Molecular Beacons),在兩個(gè)反向重復(fù)序列之間有一個(gè)單環(huán)區(qū)域,形成了一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)。探針變性,然后退火結(jié)合到目標(biāo)序列,發(fā)夾就被打開了,熒光染料彼此分開,足以使得報(bào)告染料生成增強(qiáng)的熒光信號 [45] 。其他檢測探針技術(shù),包括Scorpion(探針和引物合并在一個(gè)分子上 [46] ),LUX (Light Upon eXtension)檢測 [47] 。 Lux 引物的發(fā)夾結(jié)構(gòu)淬滅了 Lux 引物探針3端的熒光染料信號。一旦引物結(jié)合到靶序列,隨著DNA聚合酶延伸引物序列,染料的熒光信號就增強(qiáng)了 [47] 。
實(shí)時(shí)PCR的結(jié)果分析
實(shí)時(shí)PCR熱循環(huán)儀系統(tǒng)檢測的熒光強(qiáng)度,與PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的積累是成正比的。然而,結(jié)果分析只限于實(shí)時(shí)PCR反應(yīng)指數(shù)時(shí)期的數(shù)據(jù),因?yàn)檫@是**定量的*佳數(shù)據(jù)點(diǎn)。閾值循環(huán)數(shù)(CT)是實(shí)時(shí)PCR反應(yīng)管中的熒光強(qiáng)度超過閾值時(shí)溫度循環(huán)的周期數(shù),熒光強(qiáng)度的閾值是設(shè)定在基線以上,但是在擴(kuò)增的指數(shù)時(shí)期之內(nèi)。實(shí)時(shí)PCR一般采用兩種定量測定方法。相對定量是把試驗(yàn)處理的樣本與對照的樣本相比較,比照標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)參基因表達(dá)量,確定靶序列基因表達(dá)量的相對比例。關(guān)鍵是試驗(yàn)處理方法不會對使用的內(nèi)參基因的表達(dá)量造成影響。相對定量的主要優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)椴恍枰⑿?zhǔn)曲線,所以縮短了檢測時(shí)間。常用的方法包括相對標(biāo)準(zhǔn)曲線法,以及比較CT法(ΔΔCT)。后者的數(shù)學(xué)模型計(jì)算參見 Pfaffl [48] 。
**定量是通過把樣品的擴(kuò)增信號對比于靶DNA的標(biāo)準(zhǔn)曲線,檢測樣品中靶序列的實(shí)際的起始量。校準(zhǔn)曲線可以是基于核酸分子(可以是重組質(zhì)粒DNA其中插入了亞克隆擴(kuò)增序列,實(shí)時(shí)PCR產(chǎn)物,或合成的大片段寡核苷酸)的稀釋,。質(zhì)粒DNA被廣泛使用,是因?yàn)樗姆€(wěn)定性高于PCR產(chǎn)物或寡核苷酸。然而,較短模板的準(zhǔn)備所需的時(shí)間也較短。通過對已知濃度的質(zhì)粒(插入了亞克隆擴(kuò)增序列)進(jìn)行實(shí)時(shí)PCR,得到質(zhì)粒的標(biāo)準(zhǔn)曲線,畫圖關(guān)聯(lián)CT值與靶序列起始拷貝數(shù)的對數(shù)(Figure 5)。 CT值與起始拷貝數(shù)的對數(shù)是成反比的 [49] 。通過對標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸,確定試驗(yàn)樣品的靶序列起始拷貝數(shù) [50] 。
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圖 5. 質(zhì)粒DNA的實(shí)時(shí)PCR的標(biāo)準(zhǔn)曲線. 質(zhì)粒pGEMT重組克隆靶基因的擴(kuò)增序列。經(jīng)DNA測序證實(shí)靶基因擴(kuò)增序列的存在。一式三份地稀釋質(zhì)粒,畫圖關(guān)聯(lián)PCR反應(yīng)的閾值循環(huán)(CT)與質(zhì)粒DNA已知的起始量。
微流控芯片
自1990年以來,對PCR反應(yīng)和熱循環(huán)儀的微型化**,體現(xiàn)在微流控芯片PCR。例如,在1998年,Northrup et. al報(bào)道了他們創(chuàng)建的一個(gè)微型分析熱循環(huán)儀(MATCI),是硅材料的并且反應(yīng)孔集成了加熱器 [51] 。MATCI儀在PCR循環(huán)進(jìn)行的同時(shí)實(shí)時(shí)檢測熒光信號,儀器在便攜性上等同于公文包。此后,微流控芯片PCR領(lǐng)域開始了騰飛,技術(shù)進(jìn)步包括多種加工材料和構(gòu)造 [52] 。
大多數(shù)PCR芯片的反應(yīng)腔是硅材料的。硅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性,在溫度循環(huán)過程中可以實(shí)現(xiàn)快速溫度變化。然而,芯片材料也可以是玻璃,聚合物包括聚碳酸酯和聚二甲基硅氧烷,陶瓷,317不銹鋼。芯片構(gòu)造可以是基于靜態(tài)固定反應(yīng)腔,也可以是基于動態(tài)連續(xù)流動的。固定反應(yīng)腔的芯片,PCR反應(yīng)液是靜態(tài)的,反應(yīng)腔進(jìn)行溫度循環(huán)。這些芯片可能是單腔或多腔。動態(tài)連續(xù)流動的芯片,在PCR擴(kuò)增的溫度循環(huán)過程中,樣品被泵驅(qū)動通過微通道。這些芯片的樣品流速決定了溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間。 微芯片PCR縮短了檢測時(shí)間,試劑消耗低,加熱和冷卻的溫度循環(huán)速度快,并且降低了耗電量。 微芯片PCR可能需要下游處理檢測DNA,例如瓊脂糖凝膠電泳或毛細(xì)管電泳。然而,在芯片上也可能包括DNA檢測方法,例如毛細(xì)管電泳,熒光檢測或DNA雜交方法 [29] [53] 。 微芯片PCR技術(shù)還在繼續(xù)發(fā)展,包括芯片檢測系統(tǒng)的集成,以及加工材料和溫度循環(huán)方法的優(yōu)化。
數(shù)字和液滴的數(shù)字PCR
基于微流控腔的數(shù)字PCR(cdPCR)方法無需使用標(biāo)準(zhǔn)曲線,就能夠進(jìn)行核酸的**定量 [54] 。數(shù)字cdPCR是樣品被分隔成離散的油包水液滴,液滴中可能沒有任何的靶核酸,或可能有一個(gè)或多個(gè)拷貝的靶核酸序列。 在PCR擴(kuò)增之后,檢測靶序列的存在,通過計(jì)數(shù)陽性液滴在液滴總數(shù)中所占的比例,進(jìn)行濃度計(jì)算。 “液滴”數(shù)字PCR是***的數(shù)字PCR方法。“液滴”數(shù)字PCR的液滴分隔數(shù)目是數(shù)字PCR的25倍,可以非常**地估算靶序列的拷貝數(shù) [55] 。