数字PCR技术的发展及应用

数字PCR(Digital PCR, dPCR)是继实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR, qPCR)之后发展的高灵敏核酸绝对定量分析技术,通过把反应体系均分到大量独立的微反应单元中进行PCR扩增,并根据泊松分布和阳性比例来计算核酸拷贝数实现定量分析。与传统PCR技术相比,数字PCR 技术不依赖于标准曲线,具有更高灵敏度、准确度及高耐受性,可实现对样品的绝对定量分析。近年来,随着微流控技术日臻成熟,基于微流控技术的数字PCR技术得到了快速的发展,在基因突变检测、拷贝数变异检测、病毒微生物检测、转基因食品检测以及测序等方面均得到广泛的应用。本文对数字PCR的原理、技术发展和应用进行了概述。     

智能数字聚合酶链式反应系统的开发与应用验证

数字聚合酶链式反应(digital polymerase chain reaction,dPCR)技术可以针对低浓度的目标核酸分子实现精确的绝对定量检测,在各类疾病的检测与治疗方面有着极大应用价值. 针对目前商业数字PCR仪造价昂贵、体积庞大等缺点,基于智能手机与微流控芯片,设计开发了一种低成本、高集成的智能数字PCR设备. 介绍了硬件系统的制作以及整机的整合搭建过程. 采用PID算法,结合温控电路与半导体制冷片等硬件,进行了PCR温度循环的精准控制. 最后,采用自适应阈值分割法对采集到的荧光图像进行了处理,并依据泊松分布的规律对统计结果进行了校正,完成了对PCR反应后采集到荧光图像的结果分析与检测.     

一种可绝对定量核酸的数字PCR微流控芯片

构建了一种新型的可进行核酸单分子扩增和核酸绝对定量的数字聚合酶链式反应(数字PCR)微流控芯片. 应用多层软光刻技术, 以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片材料, 盖玻片作为基底制作了具有3层结构以及微阀控制功能的微流控芯片. 芯片的大小与载玻片相当, 可同时检测4个样品, 每个样品通入芯片后平均分配到640个反应小室, 每个小室的体积为6 nL. 以从肺癌细胞A549中提取的18sRNA为样品检测了该芯片的可行性. 将样品稀释数倍后通入芯片, 核酸分子随机分布在640个小室中并扩增. 核酸分子在芯片中的分布符合泊松分布原理, 当样品中待测核酸分子平均拷贝数低于0.5个/小室时, 则每个反应小室包含0个或1个分子. 经过PCR扩增后, 有模板分子的小室检测结果为阳性反应, 而无模板分子的小室为阴性反应, 最后通过计数阳性反应室的个数, 可绝对定量原始待测样品中的目标DNA分子拷贝数. 实验结果表明, 该数字 PCR芯片可实现DNA单分子反应和核酸绝对定量, 具有成本低、 灵敏度高、 节省时间和试剂以及操作简单等优点, 为数字PCR方法在普通实验室的应用提供了一种新途径, 可用于癌症及感染性疾病的早期诊断、 单细胞分析、 产前诊断以及各种细菌病毒的核酸检验等研究.     

细胞外囊泡的单颗粒分析技术

细胞外囊泡（Extracellular vesicles,EVs）是细胞分泌到细胞外基质中的纳米尺度的脂质小膜泡,携带着母细胞来源的各种生物活性分子,如蛋白质、核酸、脂质等,是细胞间沟通交流的信使。EVs参与免疫调控、血管新生、疾病发生、肿瘤转移等生理病理过程,广泛存在于各种体液中,在液体活检、疾病治疗中显示出巨大的应用前景,也因此成为生命科学领域炙手可热的前沿研究方向。然而EVs在粒径、生化组成等方面具有高度的个体差异性和多样性。因此,迫切需要发展EVs的单颗粒分析技术以精准表征EVs亚群的分子组成,深入了解其生物学功能,促进EVs临床诊断与治疗应用的发展。该文针对近年来发展的EVs的单颗粒分析技术进行综述,从检测原理、性能和应用范围等方面对这些技术进行讨论,并对单颗粒表征技术未来的发展趋势进行了展望。     

单分子荧光成像研究单颗粒纳米催化机制

纳米颗粒通常具有优异的催化性能,但由于其内在的异质性,宏观水平的表征难以确定单个纳米颗粒可靠的构效关系和潜在的催化反应机制.单分子荧光成像技术具有单分子灵敏度、高时空分辨率的优点,可以在单颗粒水平实现反应产物的超灵敏检测,因而在纳米催化领域得到了广泛应用.本文综述了单分子荧光成像的发展以及该技术在揭示单颗粒纳米催化反应机制中的应用,主要包括尺寸效应、晶面效应、表面缺陷、等离激元效应、双金属效应、活化能、纳米限域效应以及单颗粒催化通讯等方面.最后总结和展望了单分子荧光成像技术在纳米催化研究中的挑战与发展方向.     

定量单分子检测研究进展

单分子检测是指在单分子水平上通过生物分子的构象变化、动力学、分子之间相互作用以及对单个分子进行操纵等方式进行检测.作为一种新型超灵敏检测手段,单分子检测在生物分子的定量检测领域有广阔的应用前景,尤其单分子荧光检测技术,近年来取得了很大进展,被广泛用于研究多种生物体系.本文对定量单分子检测的最新研究进展进行了系统综述,主要聚焦于定量单分子检测在生物标志物(包括DNA、酶和miRNA等)的超灵敏检测研究中的应用,及其在研究生物分子结构与动态、生物分子间相互作用、生物分子修饰和活细胞检测等方面的应用,本文也对定量单分子检测的发展方向进行了展望.     

单分子阵列技术在疾病诊断中的应用进展

单分子阵列技术(Simoa)是一种在体积为飞升大小的微孔中进行单分子酶促反应并能够荧光成像的数字式酶联免疫吸附法(ELISA),具有灵敏度高、检测范围宽、耗时短等优势,在生物分析、疾病诊断和预后评估等领域展示出巨大的应用潜力。本文在总结Simoa原理和关键技术的基础上,主要介绍了Simoa在神经退行性疾病、肿瘤、传染性疾病等领域的研究进展,并对Simoa的研究和应用前景进行了展望。     

生物分子的单分子检测研究

本文评述了生物单分子检测的方法及其在生物大分子结构与功能之间的关系、酶的活性、反应动力学、分子构象、DNA和RNA的转录、蛋白质折叠等生物学重要问题研究上的应用。对生物单分子检测技术这一研究领域的发展趋势作了展望。     

数字核酸扩增检测技术的研究与应用进展

近年来,微纳尺度流体控制技术由于具备实现多相、多步和平行反应的优势,已成为传统分析手段的首选的补充和替代方法.其与核酸扩增方法的完美结合,有效推动了数字核酸扩增检测(Digital nucleic acid detection,dNAD)技术的建立与发展.作为可实现单分子水平检测的分析方法,dNAD技术已成为分子诊断领域重要的组成部分.本文回顾了dNAD技术的发展历程,阐述了其检测原理,以及相比于传统方法的优势,对其最新研究与应用进展进行了综述,并对其未来的发展进行了展望.     

单分子的光学检测及应用

介绍了单分子光学检测技术的基本原理、方法及其在化学和生命科学中的应用,重点强调单分子动力学在酶反应和生物大分子构象变化研究中的独特作用,对今后的发展作了展望     

水汽界面二维银颗粒表面上的单分子拉曼光谱检测

随着各种超灵敏分析仪器的发展 ,已经可以在低温固体中、室温液体中和电介质表面检测、鉴定单分子及其动力学行为 .这种新进展为科学家在分析化学、分子生物学和纳米结构材料等各种学科的应用开辟了许多新的视窗 .单分子谱学的研究在基础科学和应用科学方面引起了人们广泛的兴趣 .人们不仅希望能够“看到”单分子 ,而且希望了解单分子的物理化学行为 .在各种超灵敏检测技术中 ,拉曼光谱成为一种重要的技术 .由于原子力显微等微区技术的发展 ,并结合高灵敏度检测技术的进步 ,拉曼光谱已经发展成为一种检测灵敏度可以达到分子级的检测技术 [1,…     

荧光相关光谱及其在单分子检测中的应用进展

单分子检测在生命科学、化学、物理学等领域具有重要的意义。荧光相关光谱是单分子检测的新技术,在生命科学领域有巨大的应用潜力。综述了荧光相关光谱单分子检测的原理、实验技术以及在生物分子相互作用、活细胞、核酸、疾病诊断、高通量筛选以及与毛细管电泳联用等领域的研究,并展望了其发展前景。     

单分子检测进展

单分子检测做为针对有限可数的化学微观个体性质和行为的测量分析方法,能够提供用传统的宏观测量方法得不到的分子微环境中微观个体信息,受到广泛关注。本文综述了近年来单分子检测领域的进展和单分子检测的基本技术,重点介绍了用电化学方法进行单分子检测的发展状况,并展望了单分子检测的发展前景。     

单分子宽场光学显微成像技术

单分子宽场光学显微成像技术是单分子检测技术的一种,具有通量高、参数多样、可实时动态监测等优点。本文评述了单分子宽场光学显微成像的技术方法、标记探针、判定原则、检测参数及其在分析化学、生物物理学等领域的应用,指出单分子成像技术正在向仪器设备的实用化、简易化,测量参数的精确化、可视化,研究范围的广泛化、复杂化等方面发展。未来几年单分子成像的研究重点可能会集中在实用定量、突破衍射极限的距离测量、重要生物过程的机理探索和纳米目标物的表征等方面。     

纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用

DNA和RNA上广泛存在着多种化学修饰.这些核酸修饰参与基因表达的调控,影响生长发育等生理过程,并可能会引发癌症等疾病.对核酸修饰的精准识别与定位有助于理解其功能机制,帮助相关疾病的诊断与治疗.纳米孔测序是一种新兴的单分子测序技术,可以根据修饰碱基与天然碱基之间阻孔信号的差异实现核酸序列中多种修饰的同时检测,是目前检测核酸修饰最直接的方法.本文简要介绍了纳米孔测序技术的发展和原理以及识别核酸修饰的算法工具,总结了纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用,并对其发展前景进行了展望.     

基于编码微粒的多元与高通量生物分子检测技术研究进展

由于基因组和蛋白质组学的快速发展,生物医学检测、药物发现以及环境监测领域对于大量生物分子的检测提出了多元与高通量的技术需求.而生物分子结合反应是生物分子检测的一个重要基础,微粒技术在编码与识别生物分子结合反应以实现多元生物分子检测方面具有独到的优势,并且可以与高通量样品处理技术相整合,从而满足这一需求.本文主要介绍了多元与高通量生物分子检测技术的发展过程以及最新的微粒编码技术研究进展,同时对该技术的发展方向与面临的问题进行阐述.     

中科院首次发展高选择性检测GSH荧光传感器

不久前,中科院理化技术研究所超分子光化学研究组首次发展了一类在活体细胞中选择性检测谷胱甘肽(GSH)的反应型荧光传感器。相关研究结果日前发表于《美国化学会志》。自由基损伤是组织损伤的重要分子机制之一,许多疾病,如心脏病、阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和肿瘤等的损伤     

原子力显微镜-荧光显微镜联用技术在活细胞单分子检测中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)及荧光显微镜(Fluorescence microscopy,FM)是目前活细胞单分子分析检测中最常用的两种工具.结合两种显微镜的优势,发展高时空分辨、多功能的AFM-FM联用技术成为近年该领域的研究热点.本文简述了AFM单分子力谱和FM单分子荧光成像的原理,总结了AFM-FM联用系统在仪器研制方面的发展概况,并结合本课题组在应用AFM-FM联用技术研究细胞膜上配受体相互作用等方面的工作,介绍了其在活细胞单分子检测中的应用进展.     

激酶检测方法的最新研究进展

激酶是生物体内一类重要的磷酸转移酶,能够催化磷酸基团由高能磷酸基团供体分子(如ATP)向特定底物分子转移。激酶不但在新陈代谢、细胞信号传导、蛋白质调控、细胞传输等过程中起着关键作用,而且在临床诊断、药物研发及疾病靶向治疗等方面也发挥着重要作用。因此,发展灵敏度高、特异性好的激酶检测方法十分必要。本文以蛋白激酶A(Protein kinase A,PKA)、酪蛋白激酶(Casein kinase-2,CKII)、T4多核苷酸激酶(T4 polynucleotide kinase,T4 PNK)为例,对近年来发展的激酶检测方法进行了综述,着重介绍了荧光分析法、单分子检测、比色法、化学发光和生物发光分析法、电化学和光电化学分析法,并对激酶检测方法的发展方向进行了展望。     

基于磁球技术对单个DNA分子的体积放大检测

该文提出了一种简单的基于体积放大技术的DNA单分子检测方法。利用杂交反应,采用直径约6μm磁球对DNA分子进行单分子标记后,通过对磁球的计数,可实现对单个DNA分子的定量检测。该方法采用常规显微镜配合常用的电荷耦合器(CCD,也可用目视)即可实现对单个DNA分子的计数。方法用于炭疽热DNA的单分子定量检测,其线性范围为5×10-16~1×10-14mol/L。该方法简单方便,且具有高的灵敏度和较好的适用性,为极低浓度生物分子的定量研究提供了新途径。