BioDigital·青| 可以兼容qPCR體系的dPCR平臺

更新時間：2023-02-15 點擊次數(shù)：2335

新冠疫情爆發(fā)以來，熒光定量PCR（qPCR）的核酸檢測已經(jīng)成為新冠確診的“金標(biāo)準"。與免疫檢測相比熒光定量PCR具有較高的靈敏度，檢測窗口期較短，可以更早地確診是否病毒感染。qPCR是如何實現(xiàn)新冠定量的？首先，從咽拭子/鼻拭子中抽提獲得新冠的遺傳物質(zhì)RNA，然后通過qPCR儀定量出拭子中的RNA病毒載量，就可以確定是否是新冠感染者。

熒光定量PCR技術(shù)最主要的參數(shù)是擴增曲線的ct值，該值與被定量樣本的濃度存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系，在qPCR定量中樣本的濃度對數(shù)值（log值）與擴增曲線的ct值呈線性關(guān)系，ct值越小，濃度越高。根據(jù)采用的定量數(shù)學(xué)模型的差異，qPCR的定量分為外標(biāo)定量（外標(biāo)法）和內(nèi)標(biāo)定量（內(nèi)標(biāo)法）兩種。外標(biāo)法是定量過程中需要使用一系列已知濃度的外標(biāo)定量標(biāo)準品（4-5個濃度梯度），與待檢測的樣本同時檢測，通過標(biāo)準曲線算出待檢測的樣本，該方法用的較多。內(nèi)標(biāo)定量指已知濃度的標(biāo)準品（即定量內(nèi)標(biāo)，1個濃度）,與待檢測的樣本在同一管內(nèi)擴增檢測，需要保證內(nèi)標(biāo)與檢測樣本的擴增效率一致，才能準確計算出待檢樣本的濃度。

qPCR外標(biāo)定量（標(biāo)準曲線法）

需要做標(biāo)準品的梯度稀釋，浪費5-10個反應(yīng)孔做標(biāo)準曲線，需同時擴增標(biāo)準品和待檢測的樣本。

1）標(biāo)準品和待檢樣本同時擴增，繪制標(biāo)準曲線；

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圖1.外標(biāo)定量標(biāo)準曲線繪制

2）數(shù)據(jù)分析

需要繁瑣的數(shù)據(jù)整理，將待檢樣本的ct值代入標(biāo)準品標(biāo)準曲線計算出未知樣本的濃度。

無論是外標(biāo)定量，還是內(nèi)標(biāo)定量，qPCR技術(shù)的定量均需要采用已知濃度的標(biāo)準品來實現(xiàn)未知濃度樣本的定量。然而，在實際情況中標(biāo)準品和待檢樣本的性質(zhì)不會相同，很難保證待檢樣本和標(biāo)準品的擴增效率達到一致。所以，qPCR定量的精準性會打折。盡管qPCR具有比免疫檢測技術(shù)更高的靈敏度，從新冠疫情的檢測過程中發(fā)現(xiàn)，qPCR技術(shù)需要做2-3次重復(fù)檢測，也會有一些無癥狀感染者轉(zhuǎn)陽的案例，都是因為qPCR技術(shù)的靈敏度相對較低導(dǎo)致的。

外標(biāo)法

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內(nèi)標(biāo)法

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圖2.熒光定量PCR定量方法

數(shù)字PCR技術(shù)（dPCR）是一種核酸絕對定量技術(shù)，將反應(yīng)體系均勻分配至2萬個獨立的反應(yīng)微孔中，每個單元包含0個、1個、個別有多個目標(biāo)核酸分子，在每個反應(yīng)單元中分別對樣品進行擴增，擴增結(jié)束之后依據(jù)泊松分布原理對各個反應(yīng)單元熒光信號進行分析，實現(xiàn)絕對定量。

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圖3.數(shù)字PCR熒光信號

紅黃藍綠各代表不同的檢測靶標(biāo)，同一張芯片可以檢測多種靶點

相比傳統(tǒng)熒光定量PCR，數(shù)字PCR擁有高的檢測靈敏度（是熒光定量PCR的100倍以上，降低了“漏檢"風(fēng)險）、特異性和精確性，并且無需標(biāo)準品可實現(xiàn)定量，是真正的絕對定量技術(shù)。

數(shù)字PCR平臺定量

1）無需標(biāo)準品，只需擴增檢測未知樣本即可。

2）數(shù)據(jù)分析可視化的圖片，無需數(shù)據(jù)統(tǒng)計，直接呈現(xiàn)待檢樣本的濃度（copies/μL）。

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qPCR和dPCR的差異主要在于是否需要分區(qū)檢測。qPCR不需要分區(qū)檢測，20μL反應(yīng)體積中包含待檢測的靶標(biāo)分子和反應(yīng)試劑，該反應(yīng)體系置于200μL的PCR反應(yīng)管中擴增檢測信號；dPCR需要將20μL的反應(yīng)體積（包含待檢分子和反應(yīng)試劑）分到2萬多個體積只有1nL左右的微反應(yīng)單元，實現(xiàn)數(shù)字化分割。數(shù)字PCR的分區(qū)擴增提高了PCR檢測靈敏度和精準性。

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表1.數(shù)字PCR與熒光PCR對比

那么，如何將qPCR體系轉(zhuǎn)移到dPCR平臺，實現(xiàn)PCR檢測結(jié)果的精準性和靈敏度？從檢測原理上看dPCR的分區(qū)擴增保證了PCR檢測的靈敏度和精準性，而qPCR可以通過加大待檢樣本的體積來提高檢測的靈敏度和特異性，但是這種方法提高的靈敏度和特異性是有限的。目前，qPCR已經(jīng)有大量成熟的檢測試劑盒（包括科研、醫(yī)療等），而dPCR技術(shù)具有更高的檢測靈敏度和精準性，如果把目前qPCR檢測體系轉(zhuǎn)移到dPCR平臺就可以更快地實現(xiàn)PCR檢測的靈敏度和精準性。

實現(xiàn)該方法的轉(zhuǎn)移需要滿足3個條件：

1）qPCR試劑盒發(fā)光原理和dPCR檢測的原理一樣；

2）dPCR平臺開放，兼容第三方的試劑盒或者試劑；

3）適度的體系優(yōu)化即可實現(xiàn)精準定量。

qPCR體系轉(zhuǎn)移到dPCR平臺會帶來2大優(yōu)勢：

1）不需要標(biāo)準品，既可實現(xiàn)絕對定量；

2）提高了qPCR試劑盒檢測的靈敏度和精準性。

BioDigital數(shù)字PCR“三明治"芯片，采用玻璃基底的微流控技術(shù)實現(xiàn)樣本的穩(wěn)定分區(qū)，保證了每個液滴的獨立性和穩(wěn)定性，具有更高的檢測靈敏度和準確性。另外，BioDigital數(shù)字PCR平臺具有很好的開放性，支持第三方qPCR試劑盒或試劑的轉(zhuǎn)移，通過一步簡單的體系優(yōu)化甚至不需要優(yōu)化的情況下，qPCR試劑盒就可以在BioDigital平臺上實現(xiàn)精準的定量。

#案例一

小海龜科技BioDigital數(shù)字PCR平臺兼容性測試——兼容客戶自由的試劑盒、平臺開放

測試內(nèi)容：使用A客戶自有體系（包括檢測緩沖液、引物探針和模板）搭配小海龜數(shù)字PCR平臺進行測試；

測試目的：使用客戶成熟的熒光定量/數(shù)字PCR檢測體系，測試其與小海龜數(shù)字PCR平臺的兼容性，協(xié)助客戶將檢測體系遷移至我們的平臺，節(jié)省體系重新開發(fā)的成本；

測試結(jié)果：重復(fù)8次測試（包括陰性和陽性），平均有效液滴數(shù)19000+，表明客戶體系與小海龜數(shù)字PCR平臺可兼容，液滴生成未受影響；下圖為測試結(jié)果（原始圖和一維散點圖），結(jié)果表明數(shù)字PCR腔室分割正常，陽性液滴分布均勻，一維散點圖陰陽性界限明顯。

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