数字PCR(Digital PCR)是一种基于单个分子扩增和检测的技术,用于对DNA或cDNA样品进行绝对定量。其基本原理包括以下几个步骤:
样本分割
将DNA或cDNA样品分割成数千到数百万个独立的微反应单元。这些单元可以是微滴或微孔,每个单元中包含一个或多个拷贝的目标DNA模板。
独立扩增
每个微反应单元独立进行PCR扩增。在扩增过程中,使用特定的引物和DNA聚合酶,以及可能的荧光探针,对目标DNA序列进行扩增。
荧光信号检测
在扩增结束后,检测每个微反应单元中的荧光信号。荧光探针的加入使得能够特异性地检测到扩增产物。含有目标DNA模板的单元会产生荧光信号,而空白单元则没有信号。
数据分析
通过统计有荧光信号的微反应单元数量,并利用泊松分布原理,计算出原始样品中目标DNA分子的绝对数量。
数字PCR的主要优势在于其能够对极低浓度的DNA样本进行绝对定量,避免了传统定量方法如定量PCR(qPCR)中可能存在的假阳性或假阴性结果。此外,数字PCR不需要标准品或内标,使得实验更加简便和准确。
数字PCR的类型
数字PCR主要有两种类型:
芯片式数字PCR(Chip-based Digital PCR, cdPCR)
样本分散到微阵列芯片的微孔中,每个微孔作为一个独立的PCR反应单元。通过检测每个微孔的荧光信号来确定目标DNA分子的数量。
液滴式数字PCR(Droplet Digital PCR, ddPCR)
样本分散成数万个液滴,每个液滴作为一个独立的PCR反应单元。液滴式数字PCR通常利用微流控技术实现样本的精确分散和收集。
结论
数字PCR通过将样本分割成大量独立的微反应单元,并独立进行PCR扩增和荧光信号检测,实现了对DNA分子的绝对定量。其高灵敏度和准确性使其在基因表达分析、突变检测、基因拷贝数测定等领域具有广泛应用前景。