熒光定量PCR分析儀又稱實時熒光定量PCR儀(qPCR儀),是分子生物學領域實現核酸準確定量的核心精密儀器,核心特點是邊擴增邊檢測,無需后續電泳處理,檢測靈敏度可低至單拷貝級別。
熒光定量 PCR 分析儀的工作核心是“實時監測熒光信號累積”,其原理基于 PCR 擴增技術與熒光檢測技術的結合,主要分為生化反應與光學檢測兩個層面,具體過程如下:
1. 核心反應體系構建
在 PCR 反應體系中,除了傳統 PCR 所需的模板核酸、引物、Taq 酶、dNTPs 等成分外,還需加入熒光標記物質,主要分為兩類:一是熒光染料,可特異性結合雙鏈 DNA 的小溝區域,結合后發出熒光信號;二是熒光探針,其兩端分別標記熒光基團與淬滅基團,未結合目標序列時,熒光信號被淬滅基團抑制,無熒光發出。
2. PCR 擴增與熒光信號生成
儀器通過高精度溫控系統,按照預設的擴增程序(變性、退火、延伸)完成核酸擴增循環。在每一個循環的延伸階段,Taq 酶催化新的 DNA 鏈合成,當采用熒光染料時,新合成的雙鏈 DNA 會與染料結合,產生熒光信號;當采用熒光探針時,探針與目標序列結合后,Taq 酶的5'-3'外切酶活性會將探針切斷,熒光基團與淬滅基團分離,從而釋放出熒光信號。隨著循環次數的增加,擴增產物不斷累積,熒光信號強度也會呈指數級增長。
3. 熒光信號采集與數據分析
儀器的光學系統(包括光源、濾光片、光電探測器等)會在每一個循環結束后,實時采集反應體系中的熒光信號,并將其轉化為電信號傳輸至軟件系統。軟件會以循環數為橫坐標、熒光信號強度為縱坐標,繪制出擴增曲線。當熒光信號強度達到預設閾值時,對應的循環數即為 Ct 值。Ct 值與樣本中目標核酸的初始拷貝數呈負相關,通過已知濃度的標準品構建標準曲線,即可精準計算出未知樣本中目標核酸的含量。此外,通過熔解曲線分析,可進一步驗證擴增產物的特異性,排除非特異性擴增的干擾。
核心特點
1. 精準定量,靈敏度高
熒光定量 PCR 分析儀大的優勢在于可實現對目標核酸的絕對定量或相對定量。通過實時監測擴增過程中的熒光信號變化,結合標準曲線可精準計算出樣本中目標核酸的初始拷貝數,檢測靈敏度可達單拷貝級別,遠高于傳統 PCR 的終點定性檢測,能有效避免假陰性結果的出現。同時,其檢測線性范圍寬,可覆蓋多個數量級的核酸濃度,滿足不同樣本的檢測需求。
2. 實時監測
該儀器在 PCR 擴增的每一個循環中,均可實時采集熒光信號,動態生成擴增曲線,無需等待擴增結束后再進行凝膠電泳等后續檢測步驟,大幅縮短了檢測周期。傳統 PCR 檢測需數小時甚至更久,而熒光定量 PCR 檢測通常可在1-2小時內完成,且能同時處理多個樣本(常見96孔、384孔通量),顯著提升了檢測效率,適配批量樣本的快速篩查需求。
3. 操作便捷,自動化程度高
現代熒光定量 PCR 分析儀多配備智能化操作軟件,可實現反應體系設置、擴增程序運行、數據采集與分析的全流程自動化。用戶只需按照要求制備樣本、加載試劑,即可啟動檢測,無需人工干預后續過程。同時,軟件可自動生成擴增曲線、計算 Ct 值(閾值循環數)、分析檢測結果,部分儀器還支持數據導出與溯源,降低了人工操作的復雜度與誤差率。
4. 兼容性廣,適配多場景
儀器可兼容多種樣本類型,包括血液、組織、痰液、食品、環境樣本等,適配 DNA、RNA 等不同核酸的檢測需求。同時,支持染料法、探針法等多種檢測模式,可滿足基因分型、病原體定量檢測、基因表達水平分析、轉基因檢測等多種實驗場景,具備很強的通用性與靈活性。
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