在线配资安全吗 终极横评数字PCR四大金刚：ddPCR、cdPCR、ndPCR和mapdPCR！

在精准医疗和分子诊断的浪潮中在线配资安全吗，数字PCR (Digital PCR, dPCR) 技术凭借其高灵敏度、高准确度、高耐受性和对样本的绝对定量能力，正成为核酸检测领域的“金标准”。本文将给大家深入解析数字PCR领域的四大金刚：ddPCR、ndPCR、cdPCR、mapdPCR，并从原理到应用，从性能到成本，为你揭开数字PCR的硬核真相。

▉ 数字PCR技术概述

数字PCR (Digital PCR, dPCR) 是20世纪90年代末发展起来的一种核酸分子绝对定量技术。其核心原理是采用不同的方式将样品进行高度稀释，并随机分配到大量微小的独立反应单元中，每个反应单元中可能包含有零个、一个或多个DNA模板分子 (分散符合泊松分布)，从而实现单分子水平的荧光PCR扩增与计数式检测。

▲ 数字PCR基本原理

展开剩余86% 将核酸分子‘分而治之’，通过泊松分布实现单分子计数——这是数字PCR颠覆传统定量的底层逻辑。

数字PCR的技术优势

不依赖标准曲线，直接对核酸分子进行计数，避免了扩增效率等因素对定量结果的影响，具有更高的准确性和重复性。 在检测低丰度核酸分子时，能够检测到传统PCR技术难以察觉的微小变化，大大提高了检测的灵敏度。 具有更好的耐受性，能够在复杂的样本基质中稳定地进行检测，减少了样本预处理的繁琐步骤。

▉ 数字PCR技术的发展

数字PCR技术可以说是对传统PCR技术的一次革命性改进。数字PCR技术的雏形可以追溯到20世纪90年代。1992年，Sykes等人就曾尝试通过极限稀释的方法来对样本进行“分割”，奠定了数字PCR技术的基础。1999年，Bert Vogelstein和Kenneth Kinzler在《PNAS》上正式提出了“数字PCR (Digital PCR，dPCR) ”的概念，他们将这一技术定义为通过分割反应体系并检测每个单元的扩增信号，实现核酸分子的绝对定量，这一里程碑标志着dPCR作为一个独立技术领域的诞生。

▲ 数字PCR概念的提出

21世纪初，微流控技术的兴起为数字PCR技术的发展带来了新的突破。2011年，Bio-Rad推出了QX100™ Droplet Digital™ PCR (ddPCR) 系统，标志着数字PCR技术正式进入了商业化阶段。

▉ 数字PCR技术的分类

近年来，随着数字PCR技术的不断成熟和多样化，出现了多种不同的技术平台并极大地拓展了及应用场景。目前，数字PCR技术主要分为两大类：微滴式数字PCR和芯片式数字PCR，具体可分为以下：

1. Droplet Digital PCR (ddPCR):

发展：ddPCR是商业化最早、应用最广泛的数字PCR技术之一。Bio-Rad公司的QX系列是ddPCR的代表性平台。 技术特点：利用油包水乳液技术将PCR反应体系分割成数万至数百万个纳升级微滴。每个微滴都是一个独立的PCR反应单元。 应用：液体活检、肿瘤基因突变检测、拷贝数变异 (CNV) 分析、病原微生物检测、基因表达分析等。

2. Nanoplate dPCR (ndPCR):

发展：ndPCR是近年来快速发展的一种数字PCR技术，代表性平台包括QIAGEN的QIAcuity系统和JN Medsys的Clarity™系统。 技术特点：使用具有纳米级孔阵列的芯片（纳米孔板）作为反应容器，PCR反应混合物通过毛细作用或压力驱动进入纳米孔中。 应用：基因表达分析、病原微生物检测、食品安全检测、环境监测等。

3. Microfluidic Array Plate dPCR (mapdPCR):

发展：mapdPCR也较早实现了商业化，代表性平台包括Fluidigm的BioMark™ HD系统。 技术特点：基于微流控芯片的数字PCR，强调芯片上的反应单元是以阵列形式排列的。每个微小的反应腔室（通常为纳升级）通过微流控通道相互连接。 应用：基因表达分析、单细胞分析、多重检测、高通量筛选等。

4. Crystal Digital PCR (cdPCR):

发展：Crystal Digital PCR™ 是由Stilla Technologies公司开发的较新颖的数字PCR技术。 技术特点：结合了微滴式数字PCR和芯片式数字PCR的优点。微滴在微流控芯片上形成规则的2D阵列 ("液滴晶体")，便于成像和分析。支持3色或6色荧光检测，多重检测能力强 应用：可以用于其他数字PCR平台涉及的多个领域，在多重检测方面表现较为突出。

▉ 性能比较

1. 灵敏度与准确性

ddPCR：将样品分散成大量微小的液滴，每个液滴作为一个独立的反应单元，极大地增加了反应单元的数量，提高了单分子检测的灵敏度。 ndPCR：利用纳米板的微小腔室进行核酸分区和扩增，腔室的微小尺寸使得核酸分子能够更均匀地分布，提高了单分子检测的概率。 mapdPCR：借助微流控阵列板将样品分配到多个微小的反应孔中进行PCR扩增，反应孔的高密度排列提高了检测通量，同时也有助于提高单分子检测的能力。 cdPCR：通过将样品分配到晶体结构的微反应单元中，每个微反应单元相对独立，能够有效减少背景干扰，对单分子的检测能力较强。

2. 检测通量

ndPCR和mapdPCR：由于采用纳米孔板或微流控阵列板的设计，板上具有多个反应单元，通常能够同时处理较多数量的样本。 cdPCR和ddPCR：在样本通量上相对较为灵活，其处理样本数量主要取决于微滴生成或芯片的设计。

3. 抗干扰能力

ddPCR：由于将样本分散成大量微小液滴，每个液滴中的杂质和抑制剂浓度相对较低，且液滴之间相互独立，减少了杂质和抑制剂对PCR反应的整体影响，因此对样本杂质和抑制剂具有较强的耐受性。 ndPCR：利用纳米板的微小腔室进行核酸分区和扩增，腔室的微小尺寸和相对封闭的环境能够减少杂质和抑制剂的干扰。 mapdPCR：借助微流控阵列板将样本分配到多个微小的反应孔中进行PCR扩增，反应孔的物理隔离和优化的反应体系能够减少杂质和抑制剂的干扰。 cdPCR：通过将样本分配到晶体结构的微反应单元中，微反应单元的物理隔离作用能够减少杂质和抑制剂在反应体系中的扩散，降低其对PCR反应的干扰。

▲ 性能比较

▉ 成本与便捷性

1. 设备与耗材成本

设备采购成本：四种数字PCR技术的设备价格存在较大差异，从十几万元到几十万元不等。Bio-Rad公司的QX200系统和Stilla公司的naica系统价格相对较高，Qiagen公司的QIAcuity One系统和Thermo Fisher Scientific公司的QuantStudio Absolute Q Digital PCR System价格相对较低。 耗材使用成本：四种数字PCR技术的耗材成本也各有特点，包括反应板、芯片、微滴生成试剂等。cdPCR 和ddPCR的耗材成本也较高，但在检测低拷贝数核酸样本时，由于其高 灵敏度和准 确 性，能够减少重复检测的次数，从而降低总体成本；ndPCR和mapdPCR的耗材成本也相对较低，在大规模检测中具有成本优势。总体而言，耗材成本会因实验频率和样本数量的不同而有所差异。

2. 操作便捷性

四种数字PCR技术都具有一定的自动化程度，但在具体操作步骤和对操作人员的要求上有所不同。 cdPCR和ddPCR的操作相对复杂，需要专业的技术人员进行操作和维护；ndPCR和mapdPCR的操作相对简单，自动化程度较高，对操作人员的专业技能要求较低。 在实际应用中，需要根据具体的检测需求、样本类型、预算以及实验室条件等因素，综合考虑选择最适合的技术，以实现最佳的检测效果和应用价值。

▉ 应用领域

数字PCR技术应用领域非常广泛，而且随着技术的不断进步和成本的降低，新的应用场景还在不断涌现。特别是在精准医学、分子诊断、公共卫生等领域，数字PCR正在发挥越来越重要的作用，例如：

肿瘤学研究与临床诊断： 液体活检 (ctDNA、CTC检测)、基因突变检测、拷贝数变异分析、肿瘤早期诊断、疗效评估、复发监测。 遗传病检测： 无创产前诊断 (NIPT)、单基因遗传病诊断、携带者筛查。 病原微生物检测： 病毒定量 (HIV、HBV、HCV等)、细菌/真菌定量、感染性疾病诊断、耐药性检测。 基因表达分析： mRNA定量、miRNA定量、lncRNA定量、稀有转录本、基因表达调控研究。 基因与细胞治疗： 病毒载体定量检测、基因编辑效率评估、外泌体分析。 食品安全与环境监测： 转基因成分检测、食品掺假检测、水质检测、土壤检测。 法医学检测：微量检材检测、降解样本检测。

▉ 展望

与传统的qPCR技术相比，数字PCR技术具有极高的灵敏度、精确度和特异性。目前，数字PCR技术正朝着更高通量、多重检测、自动化、便携化、与其他技术联用 (如NGS、单细胞测序) 等方向发展，将在生命科学研究和临床诊断中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1].李慧调, 潘建章, 方群. 数字PCR技术的发展及应用[J]. 化学进展, 2020, 32(5): 581-593.

[2].Merino, I., de la Fuente, A., Domínguez-Gil, M. et al. Digital PCR applications for the diagnosis and management of infection in critical care medicine. Crit Care 26, 63 (2022)

[3].qiagen\thermofisher等官网在线配资安全吗

发布于：江苏省

• 数字
• 中基
• 在线配资安全吗
• 横屏
• PCR