1890 型 PCR 荧光分析仪

介绍及应用

实时荧光定量 PCR 的应用

临床方面的应用 疾病的临床早期诊断 建立病原体病分子诊断标准 疗效考评 指导制订感染性疾病合理治疗方案 了解感染性疾病病人用药后病情的变化

情况 医院、血站及防疫站的确诊 新药研究中药物的作用效果 研究 Elisa 方法的漏检率 病毒性疾病中病毒的耐药性变异株的测

定，为疾病治疗进行指导

遗传病诊断中的应用 等位基因检测 多基因遗传病的突变检测 基因表达异常所致遗传病检测

在肿瘤诊断中的应用 肿瘤相关基因表达的检测 肿瘤标志物（肽类激素和酶） 肿瘤耐药基因（ MDR ）

何谓 PCR ?

　　聚合酶链反应 (Polymerase Chain Reaction) 简称ＰＣＲ，是一项在短时间内大量扩增特定的ＤＮＡ片段的分子生物学技术。

试剂的定量原理：Taqman 水解探针定量Roche 杂交探针定量分子信标定量SYBR Green Ⅰ 染料定量 杂交探针

分子信标

荧光能量

共振转移

Taqman

探针

Taqman 探针、杂交探针、分子信标都是通过荧光能量共振转移

直接或间接的产生特定波长的荧光，使仪器能检测到

PCR 的发展史　　这项技术的发明人是 Kary Mullis 。１９８３年，在一家生物高技术 公司（Ｃｅｔｕｓ）工作的 Mullis 着手解决用简单的方法鉴定某一段ＤＮ Ａ的技术问题，有一天晚上他驱车在北部加州１０１号高速公路上，灵机一动想到了一个实际上可以无限扩增某段ＤＮＡ的简单方法，即ＰＣＲ。 在１９８５年的一次学术会议上，此方法首次被介绍，在分子生物科学家 中也引起了强烈的反应。Ｃｅｔｕｓ给了 Mullis 一万美元的奖金，随后 把这项技术的专利以三亿美元的价格转让给另一家生物高技术公司。在短 短的几年内，ＰＣＲ迅速成为分子生物学的一项常规手段，并得到了广泛 的实际应用，被许多科学家视为近十年来分子生物学领域最重要的一项技 术突破。１９９３年， Mullis 因此获得诺贝尔化学奖。

PCR 原理和方法 : ( 一 ) 　众所周知，ＤＮＡ是由四种碱基按互补配对原则（即腺嘌呤Ａ对胸腺 嘧啶Ｔ，鸟嘌呤Ｇ对胞嘧啶Ｃ）组成的螺旋双链。在细胞内，ＤＮＡ复制 时，解螺旋酶首先解开双链让它变成单链做为模板，然后，另一种酶 --ＲＮＡ聚合酶合成一小段引物（ｐｒｉｍｅｒ）结合到ＤＮＡ模板上，最 后，ＤＮＡ合成酶以这段引物为起点，合成与ＤＮＡ模板配对的新链。ＰＣＲ即是在体外模拟ＤＮＡ复制的过程，它用加热的办法让所研究的ＤＮＡ片段变性变成两条单链，人工合成两个引物让它们结合到ＤＮＡ模板的两端，ＤＮＡ聚合酶即可以大量复制该模板。 假定我们要研究的ＤＮＡ双链两端的序列是： TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA 　在ＰＣＲ之前，我们首先人工合成两段有２０－３０碱基的引物，能够分别与上下两条链的一端配对，比如一条是（为与模板能够区别，以小 写表示） :ataagcccgaaaggttcgtt ，另一条就是 tttacggatcggcaacctat 。 把这两段引物和ＤＮＡ模板、ＤＮＡ聚合酶、底物（四种脱氧核苷）混合 在一起，我们就可以开始做ＰＣＲ了。

PCR 原理和方法 : ( 二 ) 　　第一步叫“变性”，把样品加热到９４－９６摄氏度一到数分钟，让 ＤＮＡ模板变性变成单链。

　　第二步叫“退火”，让样品的温度下降到５０－６５摄氏度一到数分钟，引物就可以结合到模板上去。TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT

ataagcccgaaaggttcgtt tatccaacggctaggcattt

ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA

　　第三步叫“延伸”，让样品的温度上升到７２摄氏度一到数分钟，ＤＮＡ聚合酶就可以从引物开始用底物复制出新链。 TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT ataagcccgaaaggttcgttGATC........…CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA

TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCtatccaacggctaggcattt ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA

　　这样经过三步一个循环，一条双链就变成了两条，再来一个循环，就变成了四条……在一个由计算机控制的循环加热器上经过三十个循环，就可以把原来的样品精确地扩增了２的３０次方倍，而这只需要两三个小时。

影响 PCR 特异性的因素 退火步骤的严格性：提高退火温度可以减少不匹配的杂交，从而提高特异性。减短退火时间及延伸时间可以减少错误引发及错误延伸。 引物二聚体是最常见的副产品，降低引物及酶的浓度也可以减少错误引发，尤其是引物的二聚化。 改变 MgCl2( 有时 KCl)浓度可以改进特异性，这可能是提高反应严格性或者对 Taq 酶的直接作用。 模板中如果存在次级结构，例如待扩增的片段易自行形成发夹结构时，可在 PCR混合物中的 4×dNTPs 中加入 7- 脱氮 -2’- 脱氧鸟苷 -5’- 三磷酸（ 7-deaza-2’-deoxyguanosine-5’-trihosphate ） (de7GTP) 。用 de7GTP与dGTP比例为 3： 1的混合物（ 150μmol/l de7GTP +50μmol/L dGTP ）代替 200μmol/l dGTP ，则可阻非特异性产物的生成。

扩增反应可以无穷进行下去吗？ 答：不可以。因为经过一定的循环周期后需扩增的片段不再按指数增多而逐渐进 入平坡，进入平坡的循环次数，取决于起始时存在的模板拷贝数以及合成的 DNA总

量。 所谓平坡就是批 PCR循环的后期，合成产物达 0.3 ～ 1pmol 时，由于产物的堆积，

使原 来以指数增加的速率变成平坦的曲线。

造成 PCR 进入平坡的原因有： 引物和 dNTP 等消耗完毕 Taq 酶失活 底物过剩 非特异性扩增产物的竞争 退火时产物的单链自己缔合 变性在高浓度产物条件下，产物解链不完全，以及最终产物的阻化作用　（焦磷酸化，双链 DNA）。

总而言之， PCR 的条件是随系统的而异的，并无统一的最佳条件，先选用通用的条件扩增，然后稍稍改变各参数，可以达到优化，以取得优良的特异性和产率。

实时荧光定量 PCR 的 Ct值

由图我们也可以看出，在 Ct值所在处重复性惊人的好。

Ct值的含义是：每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数。由于所设阈值都很低，所以 Ct值分析实际上就是低浓度的荧光值分析。由于是低浓度，影响因素小，误差没被放大，所以具有良好的重现性

Ct值， C代表 Cycle ， t代表 threshold。

　由图可以看到当扩增越靠后定量的重复性就越差。主要是因为①荧光定量技术要求在低浓度坏境。因为荧光检测定量原理是在忽略分子间相互作用的情况下建立的。如果分子浓度高了，影响作用很复杂，而 PCR扩增产物是高浓度的，因此重复性变差也很容易理解。②由于扩增末期，扩增效率可能因为大量的靶序列而产生不可控的影响。

仪器的 Ct 值定量原理

固定循环数后，荧光信号与模板数成正比，但当固定荧光信号值后，模板数就与循环数成反比。每个模板的 Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系，起始拷贝数越多， Ct值越小。只要获得未知样品的 Ct值，即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

横坐标代表起始拷贝数的对数

纵坐标代Ct值

利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线

1890 型 PCR 荧光分析仪的特点

高速的加热降温循环系统采用长寿命的 LED 激发光源可对 PCR 扩增全过程进行实时动态监测无需开启 PCR 反应管，可避免在 PCR 期间及 PCR之后产物污染，确保结果准确

可用三种不同报告染料同时用于一个样品，在单一反应中取得更多信息全中文界面，灵活的程序设定、全面的分析和报告功能，全部参数可储存可打印多个或单个样本报告

仪器主要技术规格 样本数： 32 反应管（光学玻璃管）长： 35mm 容积（反应体积） 10-20ul 温度范围： 40℃-98℃ 温度控制： 1℃/S-10℃/S 激发光波长： 470nm （ LED ） 发射光波长： 530， 640， 710nm 检测灵敏度： 可在一个基因组中检测单拷贝 软件操作系统： Win2000 输入电源 /功率： AC220V 50HZ/800VA

仪器工作原理 （一）

仪器工作原理 （二） 　图一盖中的加热器在计算机控制下向热室中交 替注入热气和环境空气，热室中温度由风扇电机 搅匀，由于空气无有效质量，热室可以迅速达到

设置温度，由此进行 PCR 的温度循环。 32个样品在周向马达的带动下逐一经过信号采集的光学系

统，为采样的准确定位光学结构由丝杆马达进行 微调。由长寿命的 LED 光源 (470nm) 激发毛细

管中的荧光，该荧光通过一组复合滤镜和透镜分别同时到 3个接收器上 (520nm,640nm,710nm)完成了仪器的实时采样。

强大的软件功能 参数设置功能（包括温度、时间、循环数、 升降温速率、检测通道选择）样本资料记录功能文件运行显示功能（ PCR热循环数据显示、荧 　　光检测数据显示）检测数据分析功能分析结果输出功能故障保护和报警功能

先进的光路系统 选用长寿命 LED 激发 ,无需预热，无需校正采用了先进的非球面镜设计，提升了仪器的光学性能，缩短了光程，使仪器更小巧优质的滤光片，硬膜镀膜技术，窄带低背景高透过率不霉变实时三色荧光检测，尽善尽美

传统 96 孔板和离心毛细管比较

毛细管 96孔板 标本量小，耗材成本稍高 标本量大，耗材成本低由于离心，每个样品孔间温度 由于加热模块的边缘效应，每个 均匀一性好 样品孔间温度存在差异 加热介质空气与反应体系无缝 96孔板反应面积大，故升降温 接触，接触面积大，故升降 速度慢 温速度快 一个 40个循环的实验只需30-45 一个 40个循环的实验需要2小时 分钟 光源与检测器对每个样品来说 每个样品孔距离光源和检测器 是等距离的，减少了系统误 光程不同，可能对结果产生 差 影响

　　由于定量 PCR必须借助于样本和标准品之间的对比实现定量，旋转的样品架很好地解决了样品孔间的均一性，最大程度的保证了标准曲线与样品之间条件的一致性，避免了微小差别被指数级发大。

优异的灵敏度 宽广的线性动力学范围

　　仪器能在 7个数量级的范围内得到非常好的线性结果。相关系数（ r ）可达 3个 9。且有优异的灵敏度和极佳的重复性

友好方便的操作界面

方便的样品编辑界面

方便的温度循环设置界面

一目了然的运行界面

● 时实反应了当前样品室的温度曲线。

● 指示当前温度曲线位置的温度，循环数及第几程序段。

●时实反应了当前的荧光信号

方便的数据处理界面

两种分析方法：●方差法

●最小二乘法

标准曲线拟合 ：●自动标准曲线拟合

●自动计算相关系数

个人信息输入和打印报告格式

病人检验报告

综合检测报告

1890 型 PCR 与国内外仪器比较

型号 1890 Light- Cycle

MJ Opticon2

Bio-Rad iCycler

Rotor- Gene

Line-Gene

slan FTC-2000

种类 国产 进口 进口 进口 进口 国产 国产 国产

加热方式 空气加热 空气加热 半导体 半导体 空气加热 半导体 半导体 半导体

激发光源 LED冷光源

LED冷光源

LED冷光源

卤钨灯光源

卤钨灯光源 卤钨灯光源

LED冷光源

卤钨灯光源

反应管 石英玻璃毛细管10-20ul

石英玻璃毛细管10-20ul

特殊平板样品板

和条形管 25-50ul

薄壁塑料管

25-50ul

薄壁塑料管25-50ul

薄壁塑料管

25-50ul

薄壁塑料管

25-50ul

薄壁塑料管

25-50ul

加温速度 10℃/秒 20℃/秒 3.0℃/秒 2.0℃/秒 2.0℃/秒 2.0℃/秒 3.0℃/秒 2.5℃/秒

检测方式 三色，光电池

三色，光电池

双色，光电倍增管

四色， CCD

四色，光电倍增管

三色，光电倍增管

三色，光电倍增管

多色， CCD

动力学范围

0～1010

0～1010

0～ 1010 0～1010

0～ 1010 0～1010

0～1010

0～1010