熒光定量PCR儀(Real-time Fluorescence Quantitative PCR,簡稱qPCR儀)是一種集精密溫控、光學檢測與數據分析于一體的分子生物學分析儀器,用于在PCR擴增過程中實時監測目標DNA或RNA的擴增量,從而實現對初始模板的精確定量。其工作原理基于熒光信號的累積:在PCR反應體系中加入熒光染料(如SYBR Green)或序列特異性熒光探針(如TaqMan探針),隨著每一輪擴增,新合成的雙鏈DNA結合熒光物質并發出信號,儀器通過高靈敏度CCD或光電倍增管實時采集各孔熒光強度,生成擴增曲線。通過設定閾值循環數(Ct值),結合標準曲線,可計算出樣品中目標核酸的初始拷貝數,實現絕對或相對定量。
熒光定量PCR儀其主要應用范圍包括以下幾個大類:
1、基因表達分析(經典應用)
mRNA轉錄水平定量:檢測特定基因在不同組織、不同發育階段、或不同處理條件下(如藥物刺激、脅迫處理)的表達量變化。通常使用SYBR Green或TaqMan探針法,以內參基因(如GAPDH、β-actin)進行歸一化。
miRNA/lncRNA等非編碼RNA定量:通過專門設計的引物或莖環引物法,檢測微小RNA等長短非編碼RNA的表達差異。
2、臨床分子診斷
病原體檢測與定量:
病毒載量檢測:如HIV、HBV、HCV、HPV、新冠病毒(SARS-CoV-2)等的核酸定量,用于感染診斷、療效監測和傳染性評估。
細菌/真菌檢測:結核分枝桿菌、衣原體、淋球菌、白色念珠菌等病原體的快速鑒定與載量分析。
遺傳病篩查與診斷:檢測特定基因突變、缺失、插入或SNP位點(如地中海貧血、囊性纖維化、藥物代謝酶基因型),常用于產前診斷或新生兒篩查。
腫瘤分子標志物檢測:檢測癌組織中的特定基因表達量(如HER2、EGFR突變),用于預后評估、靶向用藥指導及微小殘留病灶(MRD)監測。
3、藥物研發與毒理學
藥效學與藥代動力學(PK/PD)研究:評估藥物處理后目標基因的表達變化,或檢測藥物代謝相關酶類的誘導/抑制情況。
siRNA/shRNA干擾效率驗證:在RNA干擾實驗中,定量目的基因被敲低的比例。
毒性基因檢測:檢測細胞或動物模型在藥物/化合物暴露下,毒性相關基因(如CYP450家族、氧化應激相關基因)的表達上調情況。
4、微生物學與環境檢測
微生物定量分析:不依賴培養,直接定量環境樣本(水體、土壤、空氣)或食品中的特定功能微生物數量(如大腸桿菌、沙門氏菌、乳酸菌)。
宏基因組學輔助:用于定量環境樣本中特定功能基因的豐度(如氮循環相關基因、抗生素抗性基因)。
食源性病原體檢測:快速檢測肉類、乳制品、果蔬中的食源性致病菌和毒素基因。
5、轉基因檢測與法醫學
轉基因成分定量:檢測農產品、種子或加工食品中轉基因成分的拷貝數或百分比含量(如抗草甘膦大豆、BT玉米)。
法醫DNA定量:在STR分型前,先對提取的人類DNA進行定量(常使用人源特異性基因如β-globin或Alu序列),確保模板量在合適范圍,提高分型成功率。
種屬鑒定:通過特異性引物區分不同物種來源的肉制品或藥材(摻雜摻假鑒定)。
6、免疫學應用
細胞因子基因表達:定量T細胞、巨噬細胞等免疫細胞受刺激后,IL-2、IFN-γ、TNF-α等細胞因子mRNA的表達水平。
抗體基因重排分析:用于淋巴細胞克隆性增殖的檢測(如淋巴瘤診斷)。