数字聚合酶链式反应(digitalpolymerchainreaction,dPCR)技术因具有高灵敏度、受基质干扰少等优势而被广用于转基因食品检测。本研究综述了数字PCR技术的原理、系统各部件的优劣势,梳理了数字PCR技术在转基因检测与溯源技术(标准物质)方面的进展和发展趋势,以期为转基因食品检测领域提供参考依据。dPCR的扩增过程大致上可以分为3步:样品的分散、样品的热循环扩增和样品的检测。对于数字PCR仪器系统,各个部件之间仍然有较大的改进空间,要发挥部件之间的协同作用是很重要的,而且有持续研究的价值。表1中总结了部分常见的数字PCR系统的类型,以及相对在硬件、便携性、性价比和自动化程度上的比较。全自动数字PCR平台,让数字PCR真正迈入新时代,助推数字PCR普及应用。美国数字PCR荧光通道
作为时下的热点技术,数字PCR是将核酸样品分配到大量单独、平行的微反应单元(nL,纳升级别)中,使得每个反应单元中尽可能含有1个模板分子,并在此基础上进行扩增、检测和分布统计,从而实现靶标分子的比较 计数。(图:数字PCR技术原理)根据微反应单元的不同形式,数字PCR产品可分为微板式、微滴式和芯片式等。目前,市场上主要的数字PCR产品主要是基于微滴式和芯片式,如Bio-Rad公司的QX200微滴式系统和ThermoFisher公司的QuantStudio系统等。与一、二代PCR技术相比,数字PCR具有很多优势:一是特异性、灵敏性均有显著提高;二是在不依赖内参和标准曲线的前提下,可直接得到比较 量化指标;三是微反应单元相互独立、封闭,避免了PCR抑制剂及不同核酸分子扩增产物间的相互干扰,准确度和可重复性较高?;系厍远諴CR系统臻准推出新款数字PCR产品:AccuONE2.0数字PCR系统。
dPCR的结果统计方式有2种,一种是采用标记多种颜色,通过不同检测通道分辨不同颜色和强度,再根据分散液滴的数量计算待测基因的含量;另一种采用概率统计的数据处理方法,即通过泊松分布的方法对结果进行分析。应用概率统计分析数据和对数据处理方法的模型直接关系着结果的准确性和分析时间的长短。常用的统计方法是假设每个微反应单元的体积相同,根据泊松统计计算拷贝数,公式为:M=-Vx1n(1-x/)其中M是目标总拷贝数量;V是微反应单元数量;x是发光的微反应单元数量。
相比于cPCR技术和第二代qPCR技术,dPCR技术具有定量,可溯源至SI国际单位制摩尔;基质成分干扰较小[51];灵敏度高;对抑制剂的敏感性较低;适合多重转基因检测[52.53],可提高分析效率;实验条件优化简单[54]对实验条件优化的要求较低,适合多重基因检测等优势,可为转基因农作物提供准确的量值保证,目前dPCR仪器的价格仍然十分昂贵,但随着系统加工工艺的改进以及使用较便宜的材料,聚合成更小的体积[556],其价格将会不断的降低,使其应用到更多的检测中。分散方式与数量由数字PCR系统决定,分散体积和结果表达方式需要实验人员在实验过程中优化得到。
PCR已成为分子诊断领域重要的技术手段之一,占据分子诊断市场的半壁江山。数字PCR是一代PCR技术,也是当前灵敏度和定量精度比较高的分子检测技术。但数字PCR使用成本仍然相对较高,检测靶点数少(一般≤6靶点/反应),阻碍了其在临床中的大规模应用,提高数字PCR的多重检测能力迫在眉睫?;谟馔ǖ朗脑黾雍突谔秸肱ǘ忍荻仍黾?,均可以在一定程度上提高数字PCR检测重数,然而只能达到"线性"增加的目的。基于探针浓度梯度的多重检测技术虽然光'f明显增加多重能力,但由于无法避免交叉反应现象,不能确保获得位点特异性的分簇,因此稳定性不足、灵敏度较差,难以满足临床级别的数据要求。而基于创新的且数字PCR独特适用的荧光编码技术可以实现“指数”级的多重检测,颠覆性的提高数字PCR检测重数,覆盖临床应用多场景需求。目前dPCR中体积优化方法以光学显微镜观测为主。德国进口数字PCR生命科学用品
通过“仪器+试剂”相互配合的方式,打出了数字PCR检测的“组合拳”。美国数字PCR荧光通道
相比于qPCR,dPCR在转基因检测中具有以下优势:(1)检测灵敏度高:理论上dPCR的灵敏度可达1个拷贝,而实际应用中dPCR的小检出限和比较低定量限数值非常接近,所以dPCR可以在非常低的目标拷贝数下得到精确的结果;通常转基因比参考基因(内源基因)浓度低很多;(2)前处理简单且受基质成分干扰较小:dPCR反应效率和精密度受到食品基质成分干扰影响较小,可应用于混合基质样品中低丰度DNA的检测;(3)dPCR对抑制剂的敏感性较低:由于dPCR结果表示为“有荧光“或“无荧光”,即使存在抑制剂降低了荧光强度仍可以表示为“有荧光;(4)适合多重转基因检测:食品或饲料提取的DNA中可能包含多种转基因片段,可以进行多重dPCR检测,提高分析效率。同时,dPCR可以直接溯源至SI国际单位制摩尔,适合单一、双重及多重转基因标准物质研究,一次可识别不同的转基因区域。下面详细进行说明。美国数字PCR荧光通道
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