宏石荧光定量PCR仪SLAN-48P实验原理
时间:2025-08-23

宏石荧光定量PCR仪SLAN-48P实验原理

一、引言

聚合酶链式反应(PCR)自20世纪80年代问世以来,极大地推动了分子生物学和临床诊断的发展。实时荧光定量PCR(qPCR)则在此基础上,通过实时监测扩增过程中的荧光信号,实现了核酸分子的定量检测。宏石SLAN-48P是宏石公司推出的一款中等通量的实时荧光定量PCR设备,适用于临床检测、科研实验、食品安全和环境监测等领域。其实验原理是PCR扩增循环与荧光探针检测的有机结合,依托精确的温控系统和高灵敏光学检测,实现核酸扩增的可视化与定量化。


二、PCR扩增基本原理

1. PCR循环机制

PCR反应依靠耐高温的DNA聚合酶,在温度循环条件下完成DNA片段的指数扩增。其核心步骤包括:

  1. 变性(Denaturation):在94–95℃条件下,使双链DNA解链成单链。

  2. 退火(Annealing):在50–65℃条件下,引物与模板DNA互补结合。

  3. 延伸(Extension):在72℃条件下,DNA聚合酶利用dNTP合成新链。

一个循环结束后目标序列数量理论上翻倍。经过30–40个循环,可以将极少量的DNA扩增到足够检测的水平。

2. 扩增的指数特征

PCR在指数期产物累积速度最快,理论倍增,但受限于酶活性衰减、底物耗竭和副反应干扰,后期曲线会进入平台期。


三、实时荧光定量PCR原理

1. 实时检测机制

实时荧光定量PCR不同于传统PCR的事后检测,它在扩增过程中实时采集荧光信号,通过曲线变化来判断核酸扩增情况。这使得结果更加直观,并支持定性与定量分析

2. 荧光信号与核酸扩增关系

荧光染料或探针与扩增产物结合后发光,荧光强度与核酸浓度成正比。通过监测荧光强度随循环数的变化,可以判断:

  • 目标序列是否存在;

  • 不同样品中模板含量的差异;

  • 根据标准曲线计算核酸的拷贝数。

3. 常用荧光检测方式

  • SYBR Green I染料:可与双链DNA结合,经济实用,但易受非特异性产物干扰。

  • TaqMan探针:利用荧光基团与淬灭基团的分离实现信号释放,特异性高。

  • 分子信标与FRET探针:通过能量转移实现多重检测,适用于复杂实验设计。


四、SLAN-48P实验原理

1. 温控系统原理

SLAN-48P采用半导体控温技术(Peltier效应),通过电流方向切换实现快速升温与降温。

  • 温度精度:误差控制在±0.1℃。

  • 孔间一致性:确保48孔各位置温度均匀,减少扩增差异。

  • 梯度退火功能:可同时测试多个退火温度,用于引物优化。

2. 光学检测原理

SLAN-48P光学模块由激发光源、滤光片组与高灵敏光电探测器组成:

  • 激发光源:发出特定波长光,激发荧光分子。

  • 滤光系统:分离不同荧光信号,避免通道串扰。

  • 探测器:将荧光信号转化为电信号,再由软件记录。

多通道设计允许在同一孔位检测多种荧光标记,实现多重扩增。

3. 数据采集与分析原理

  • 扩增曲线生成:记录每循环荧光强度。

  • 阈值设定:在指数扩增期设定阈值,计算Ct值。

  • 定量方法:通过标准曲线或ΔΔCt计算样品浓度或相对表达水平。


五、Ct值与定量原理

1. Ct值定义

Ct值是指扩增曲线荧光信号超过阈值的循环数。Ct值与模板初始浓度成反比:模板越多,Ct值越小。

2. 定量方式

  • 绝对定量:利用已知浓度标准品建立Ct值与拷贝数的标准曲线,推算未知样品浓度。

  • 相对定量:常用于基因表达分析,通过比较目标基因与参考基因的Ct值差异,得出相对表达量。


六、熔解曲线分析原理

1. 基本机制

在扩增完成后逐步升高温度,使PCR产物逐渐解链。SYBR Green染料在双链DNA存在时发光,解链时荧光降低,形成熔解曲线。

2. 结果判定

  • 单一尖锐峰:说明产物特异性好。

  • 多峰或杂峰:提示存在非特异性扩增或引物二聚体。

  • 峰值偏移:反映GC含量差异或体系不稳定。

3. 应用

  • 验证扩增特异性。

  • 区分基因型或突变。


七、信号处理与数据输出

1. 背景扣除

系统在前几个循环记录背景荧光,并在后续分析中自动扣除,提高检测灵敏度。

2. 曲线拟合

通过数学模型拟合扩增曲线,修正异常点,确保Ct值准确。

3. 报告生成

软件可自动生成Ct值表、扩增曲线图、熔解曲线和统计结果,并支持导出为Excel或PDF文件。


八、实验特点与应用价值

1. 技术优势

  • 通量适中,灵活高效,适合常规实验。

  • 光学与温控系统高度集成,结果稳定。

  • 软件智能化,操作简便

  • 支持多重扩增和多通道检测。

2. 应用领域

  • 临床检测:病原体核酸检测、遗传病突变筛查。

  • 科研实验:基因表达谱分析、分子功能研究。

  • 食品安全:转基因检测、致病菌筛查。

  • 环境监测:污染源微生物检测。


九、实验注意事项

  1. 样本制备需避免降解,特别是RNA实验。

  2. 严格分区操作,避免扩增产物污染。

  3. 对照必须齐全,确保数据可解释。

  4. 试剂与耗材应符合设备推荐标准。


十、总结

宏石荧光定量PCR仪SLAN-48P实验原理是PCR扩增循环、荧光信号检测与计算机数据分析的综合应用。其核心在于利用精准温控实现核酸扩增,依靠光学系统捕捉荧光变化,再通过Ct值与熔解曲线进行结果解读。SLAN-48P不仅在技术上保证了实验的高灵敏度和高准确性,还在应用层面兼顾科研与临床的多种需求。通过严格遵循实验原理并规范操作,研究者能够最大限度地发挥该设备的性能优势,为分子生物学和医学检测提供可靠的数据支持。


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