实时荧光定量PCR技术

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。 1. Ct 值的定义

在荧光定量PCR技术中，有一个很重要的概念 -- Ct值。C代表Cycle，t代表threshold，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。

2. 荧光域值（threshold）的设定

PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号，荧光域值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍，即：threshold = 10 ′ SDcycle 6-15

3. Ct值与起始模板的关系

研究表明，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。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线，其中横坐标代表起始拷贝数的对数，纵坐标代Ct值。因此，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。 4. 荧光化学

荧光定量PCR所使用的荧光化学可分为两种：荧光探针和荧光染料。现将其原理简述如下：

1）TaqMan荧光探针：PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针，该探针为一寡核苷酸，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收；PCR扩增时，Taq酶的5'－3'外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光监测系统可接收到荧光信号，即每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子形成，实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。而新型TaqMan-MGB探针使该技术既可进行基因定量分析，

又可分析基因突变（SNP），有望成为基因诊断和个体化用药分析的首选技术平台。

2）SYBR荧光染料：在PCR反应体系中，加入过量SYBR荧光染料，SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后，发射荧光信号，而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号，从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。 内标在传统定量中的意义

1． 几种传统定量PCR方法简介：

1）内参照法：在不同的PCR反应管中加入已定量的内标和引物，内标用基因工程方法合成。上游引物用荧光标记，下游引物不标记。在模板扩增的同时，内标也被扩增。在PCR产物中，由于内标与靶模板的长度不同，二者的扩增产物可用电泳或高效液相分离开来，分别测定其荧光强度，以内标为对照定量待检测模板。

2）竞争法：选择由突变克隆产生的含有一个新内切位点的外源竞争性模板。在同一反应管中，待测样品与竞争模板用同一对引物同时扩增（其中一个引物为荧光标记）。扩增后用内切酶消化PCR产物，竞争性模板的产物被酶解为两个片段，而待测模板不被酶切，可通过电泳或高效液相将两种产物分开，分别测定荧光强度，根据已知模板推测未知模板的起始拷贝数。

3）PCR－ELISA法：利用地高辛或生物素等标记引物，扩增产物被固相板上特异的探针所结合，再加入抗地高辛或生物素酶标抗体－辣根过氧化物酶结合物，最终酶使底物显色。常规的PCR－ELISA法只是定性实验，若加入内标，作出标准曲线，也可实现定量检测目的。 2．内标在传统定量中的作用

由于传统定量方法都是终点检测，即PCR到达平台期后进行检测，而PCR经过对数期扩增到达平台期时，检测重现性极差。同一个模板在96孔PCR仪上做96次重复实验，所得结果有很大差异（见图4），因此无法直接从终点产物量推算出起始模板量。加入内标后，可部分消除终产物定量所造成的不准确性。但即使如此，传统的定量方法也都只能算作半定量、粗略定量的方法。 内标对荧光定量PCR的影响 1．实时荧光定量PCR无需内标

实时荧光定量PCR技术有效地解决了传统定量只能终点检测的局限，实现了每一轮循环均检测一次荧光信号的强度，并记录在电脑软件之中，通过对每个样品Ct值的计算，根据标准曲线获得定量结果。因此，实时荧光定量PCR无需内标是建立在两个基础之上的：

1）Ct值的重现性PCR循环在到达Ct值所在的循环数时，刚刚进入真正的指数扩增期（对数期），此时微小误差尚未放大，因此Ct值的重现性极好，即同一模板不同时间扩增或同一时间不同管内扩增，得到的Ct值是恒定的。

2）Ct值与起始模板的线性关系由于Ct值与起始模板的对数存在线性关系，可利用标准曲线对未知样品进行定量测定，因此，实时荧光定量PCR是一种采用外标准曲线定量的方法。 2．内标对实时荧光定量PCR的影响

若在待测样品中加入已知起始拷贝数的内标，则PCR反应变为双重PCR，双重PCR反应中存在两种模板之间的干扰和竞争，尤其当两种模板的起始拷贝数相差比较大时，这种竞争会表现得更为显著。但由于待测样品的起始拷贝数是未知的，所以无法加入合适数量的已知模板作为内标。也正是这个原因，传统定量方法虽然加入内标，但仍然只是一种半定量的方法。 美国Texas大学的科研人员进行了外标法定量和内标法定量的方法学比较，得出的结论是：内标法作为定量或半定量的手段是不可靠的，而外标准曲线的定量方法是一种准确的、值得信赖的科学方。

Applied Biosystems公司的7700型实时荧光定量PCR仪是全球公认的荧光定量PCR的金标准，可实现多色荧光同时检测，但定量检测仍然采用外标准曲线的方法，而不用内标进行定量。

综上所述，利用外标准曲线的实时荧光定量PCR是迄今为止定量最准确，重现性最好的定量方法，已得到全世界的公认，广泛用于基因表达研究、转基因研究，药物疗效考核、病原体检测等诸多领域。

荧光PCR是分子诊断的热点技术，它将先进的定量PCR与实时PCR技术相结合，西安天隆生产的国产实时荧光定量PCR仪为肝炎艾滋病等重大疾病的定量核酸检测及分子诊断、同时也为沙门氏菌阪崎氏肠杆菌等食品安全检测提供了先进手段。即使在发达国家，荧光定量PCR仪和基因扩增仪都被广泛用于临床及生物学、医学研究。由于其极高的灵敏度、极宽的检测范围，以及精确定量、方便快速、无窗口期等优点，美国FDA及我国国家标准已将定量PCR仪规定为确诊禽流感等传染病以及奶粉等食品安全检测的必备仪器。

实时荧光定量PCR仪（real-time qPCR）的发明实现了荣获诺贝尔化学奖的PCR核酸检测、分子诊断的技术飞跃。

PCR仪在国内的发展状况

西安天隆科技有限公司生产的处于国际领先水平的TL988型实时荧光定量PCR仪适用于临床及科研以聚合酶链式反应为特征的、以实时荧光定量检测分析DNA/RNA为目的的病原体检测及基因分析。 临床疾病诊断：

各型肝炎、艾滋病、禽流感、结核、性病等传染病诊断和疗效评价；地中海贫血、血友病、性别发育异常、智力低下综合症、胎儿畸形等优生优育检测；肿瘤标志物及瘤基因检测实现肿瘤病诊断；遗传基因检测实现遗传病诊断。 动物疾病检测：

禽流感、新城疫、口蹄疫、猪瘟、沙门菌、大肠埃希菌、胸膜肺炎放线杆菌、寄生虫病等、炭疽芽孢杆菌。 食品安全：

食源微生物、食品过敏源、转基因、乳品企业阪崎肠杆菌等检测。 科学研究：

医学、农牧、生物相关分子生物学定量研究。 应用行业：

各级各类医疗机构、大学及研究所、CDC、检验检疫局、兽医站、食品企业及乳品厂等。

由于qPCR是实时定量检测致病病原体基因核酸，因此它比化学发光、时间分辨、蛋白芯片等免疫学方法更具独到优势。 技术原理：

标记有荧光素的Taqman探针与模板DNA混合后，完成高温变性，低温复性，适温延伸的热循环，并遵守聚合酶链反应规律，与模板DNA互补配对的Taqman探针被切断，荧光素游离于反应体系中，在特定光激发下发出荧光，随着循环次数的增加，被扩增的目的基因片段呈指数规律增长，通过实时检测与之对应的随扩增而变化荧光信号强度，求得CT值，同时利用数个已知模板浓度的标准品作对照，即可得出待测标本目的基因的拷贝数。

性能标准及参数 标本载体

0.2ml薄壁PCR离心管

标本数量

标本数量36个，包括4个标准品

试 剂

SYBR Green I，FAM，Tex Red，FITC等荧光染料，开放式PCR试剂 反应体系 10-100μL 建议质控

四个阳性标准品、阴性对照 指标

荧光激发波长 470nm

荧光发射波长

530nm，640nm，710nm 570nm，605nm

荧光检测方式

光开关阵列组合光电倍增管PMT方式 控温范围

4.0℃-99.0℃ 热盖温度 100℃～120℃ 升/降温速度 ≥4.0℃/S（Max） 温度均匀性 ≤±0.3℃ 温度精确度 ≤±0.3℃ 温度显示精度 0.1℃

检测范围

101～1010DNA/RNA copy/ml CT值重复性误差 CV≤2.1%

核酸精度相关系数 R≥0.997

软件 温阶 1～9 循环 1～99 保温时间 1～9999秒 文件

1～9个连接 升级方式

远程硬件内控软件升级 系统接口

RS-232C串行接口，双向数据 主机操作系统 Windows2000/XP 产品外形尺寸

50cm × 40cm × 35cm 产品重量 25kg

使用环境

温度5～40℃，相对湿度≤80% 使用电源

AC220 × (1±10%)V,50 × (1±2%)HZ 功耗 1100VA 多规格

提供96孔，多通道/多色、36孔等不同规格产品

专利技术应用实现快速高效均衡扩增检测由光开关阵列、自聚焦透镜和尾纤准直器及变增益微光O/E装置组成的MEMS有机整体，在以16位单片机为核心的电控装置管理下，能在毫秒级时间内完成多个标本快速均衡扫描检测，避免了机械扫描方式或CCD扫描方式引起的时间滞后或渐晕误差。实现标准样本的PCR热循环扩增及高通量实时荧光激发和定量检测。 编辑本段产品突出特性

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将标准化的PCR检测技术成功广泛用于临床；

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本仪器采用膜加热及半导体热泵制冷技术保证了升降温的快速稳定、仪器寿命长的特点，加有热盖保证了PCR无矿物油操作，避免了人为原因造成的污染。

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中文Windows传统界面更符合国人操作习惯，多个标准参数填空式输入降低了因参数设置所造成的事物；参数输入提示保证了参数输入的有效性。

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线性范围广、可检测的样品浓度线性范围101～1010，灵敏度最小分辨率为1拷贝，重复性CV≤2.1%。

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