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荧光定量PCR仪的光学原理以及常见仪器举例

2025-11-11 08:31| 编辑: 沙糖桔| 查看: 306| 评论: 0|来源: 静静科研日记

摘要: 学习笔记

一、荧光定量PCR的发展史

最早的PCR是以3个不同温度的水浴锅为基础,是水浴锅加机械臂,算不上真正的PCR仪。

1987PerKin Elmer-Cetus仪器公司,推出世界上第1PCR仪,到1986Higuchi在普通PCR仪的基础上,再配上一个激发和检测装置,第一台实时定量PCR仪就诞生了。

真正市场化的荧光PCR仪,是美国ABI公司1996年推出的7700,在1997年引入国内,放置在卫生部临检中心。

自此各种各样荧光PCR仪涌入市场,极大地促进了PCR技术在生命科学研究和临床分子诊断中的应用。

二、荧光定量PCR的工作原理

所谓实时荧光定量PCR技术,是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。

通过荧光定量PCR仪的热循环系统的升降温变化,使得核酸片段得以复制,仪器光学系统采集伴随核酸扩增产生的荧光信号,并对荧光信号进行分析转化、数学运算后,得到扩增曲线。

三、仪器组成:

光学系统:激发光源和检测系统;

热循环系统:加热和制冷系统;

信号处理系统

激发光源的选择:

由于荧光物质的强度与激发光的强度成正比,因此,作为理想的激发光源应具备

足够的强度

在所需光谱范围内有连续的光谱

其强度与波长无关,即光源的输出应是连续平滑等强度的辐射

光强稳定。

事实上,符合这些要求的光源实际上并不存在,这就需要选择合适的或是最佳的激发光源。

检测系统:

荧光分析技术需要将光信号转化为电信号测量的是光功率的大小,同时需要进行电信号的处理。光电探测器用于将荧光信号转换为电信号。定量仪荧光检测系统在仪器尺寸、可靠性、环境适应性、光谱速度、操作方便性等诸多方面对光电探测器有较高要求

目前较常用的光电检测器主要有以下几类:

光电二极管:光电二极管和普通二极管一样,也是由一个结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。光电二极管在设计和制作时尽量使结的面积相对较大,以便接收入射光。

CCDCharge Coupled Device (CCD)是一种新型光电转换器件,学名是电荷祸合器件,它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时,其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。

光电倍增管:光电倍增管是依据光电子发射、二次电子发射和电子光学的原理制成的、透明真空壳体内装有特殊电极的器件。

加热系统:空气循环加热以及变温金属块加热2种。

空气循环加热:

优点:

无需金属的精密加工可以使成本降低

整个系统不采用制冷液,没有液体流动,安全性高,同时以测定管内温度为控温依据,显示温度真实可靠;

由于是一个温室,空气与反应管紧密直接接触,不同扩增管间的温度均一性好

缺点:

①对环境温度要求高:不能低于室温(15 - 35℃);

②空气通常导热性差,比热小,为解决这一问题,利用离心产生空气流动,这样就影响标本量,使得标本量小

③使用毛细管作为扩增反应管,吸附现象大,因此试剂的通用性差,需针对其建立专门的实验参数。

变温金属块加热:金属热块的加热和降温分别通过电阻丝和半导体来控制。

优点:

温控范围大4℃ to 99℃) ,均一性(<±0.5 ℃)

灵活性好:可以做温度梯度

样本数量多96孔和384孔);

缺点:其加热速度比空气加热稍慢

常用荧光定量PCR仪:

1ABI75007500ABI第三代PCR产品,目前ABI市场占有率最高,最成功PCR仪。价格40RMB

检测孔数:兼容96孔和8联管。

检测通道:5通道,除去ROX4通道。

加热模块:半导体加热模块,升温3/S

激发光源:齿钨灯。

2Roche-LightCycler 480

检测通道:6通道

加热模式:半导体加热制冷模块

升温:5/S 

孔数:96孔(10-100ul)检测1小时,384孔(5-20ul)检测40min

材料:专用板,

集多个优点于一身,目前市面上最强悍的PCR

3Bio-Rad-CFX96

检测孔数:96孔板

激发光源:6LED 

加热模块:其基座为半导体加热模块,反应模块为专利蜂巢设计,升温5℃/S,温控准确性好。

运行时间:55min完成40个循环。

检测通道:5通道,PMT扫描机制,无需ROX校正

可以脱离电脑控制,独立运行

具有温度梯度功能

4)上海宏石SLAN 

采用LED+PMT检测模式,升温3/S

半导体加热模块

具有单通道,双通道,三通道三种检测模式

支持48孔模式,耗材为0.2mlPCR

在病原体的临床检测,食品卫生检测方面应用比较不错。


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