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。     

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.     

大肠杆菌O157:H7微滴数字PCR定量方法的建立

以大肠杆菌O157：H7(E. coli O157：H7)rfbE基因为靶基因,建立了可对其准确定量的微滴数字PCR( ddPCR)方法。对ddPCR反应中的探针浓度进行了优化,考察了方法的线性范围、精密度、定量限和检出限。最终确定ddPCR 反应中的最佳探针浓度为300 nmol/L。 E. coli O157：H7基因组 DNA 浓度范围为4~1.25×105拷贝/20μL ddPCR反应液时,ddPCR方法线性相关系数( R2)为0.999。当DNA浓度为760~88400拷贝/20μL 时,方法的精密度最好( RSD<5%)。本方法的定量限为4拷贝/20μL,检出限为3拷贝/20μL。特异性验证结果表明,建立的ddPCR方法特异性良好,对13份猪肉、牛肉和鸡肉样品的检测结果与定量PCR方法检出结果一致。     

数字PCR技术进展

数字PCR是近年来迅速发展起来的一种定量分析技术。与传统定量PCR技术不同的是数字PCR不依赖于扩增曲线的循环阈值(C_T)进行定量,不受扩增效率的影响,也不必采用看家基因和标准曲线,具有很好的准确度和重现性, 可以实现绝对定量分析。迄今为止,已有Fluidigm、Bio-Rad等几家公司相继推出了数字PCR产品,这些产品已经在单细胞分析、癌症早期诊断和产前诊断等研究领域显示出巨大的技术优势和应用前景。本文在现有文献基础上,对数字PCR技术的基本原理和定量方法进行介绍,并对该技术的分类及其特点以及目前的主要应用领域进行评述。     

酸水解同位素稀释质谱法测量基因组DNA含量

建立了测量噬菌体λ基因组DNA含量的方法。样品添加同位素标记碱基内标之后,用体积分数为88%的甲酸溶液在170℃水解30 min,解离出的核酸碱基通过反向柱分离,电喷雾四级杆质谱法测定,用多反应监测模式分别检测碱基及其同位素标记物的母离子和碎片子离子,从而建立了基因组DNA水解–同位素稀释质谱法测量长片段核酸含量的方法,并将DNA浓度溯源至碱基浓度。方法的线性范围为1~1000μg/g,检出限可低至100 ng/g。测定的λDNA含量标准物质为(2.51±0.06)μg/支(k=2),该方法可用于长片段核酸含量标准物质定值。     

基于非接触电导检测的PCR液滴检测芯片的研究

数字PCR是继实时定量PCR之后新兴发展起来的一种绝对定量分析技术,广泛应用于疾病早期检测诊断和微生物检测分析等领域。然而,在数字PCR的微反应器检测环节,常规的光学检测方法需要复杂的光学设备,应用环境有限,成本高。因此研究了一种基于非接触电导检测的PCR液滴检测芯片,用电导检测取代传统的光学检测,有效降低了数字PCR结果读出系统的成本。通过优化电极结构与排布,采用三电极平行3D电极结构,减小了相对误差,提高了灵敏度,实现了无标记的PCR反应液滴阴性阳性比例检测。在DNA模板浓度为0.5×10~4～3×10~4 copies/μL内实现了良好的相关性(r~2=0.998),检测通量可达100个/秒。     

数字PCR在食品安全检测中的应用研究进展

聚合酶链反应(PCR)在动植物源掺杂鉴别、转基因成分和致病微生物等食品安全检测领域成为日趋重要的检测技术。从传统PCR、荧光PCR到数字PCR,PCR技术逐渐从定性分析、半定量分析发展到准确定量,不仅提升了准确度和检测效率,同时也扩展了食品检测范围,使食品安全的监管更加精细化。该文总结了近5年来数字PCR在食品安全检测中的研究进展,比较了传统PCR、荧光定量PCR和数字PCR的相关标准制订情况,列举、讨论了数字PCR在不同食品安全领域检测中的技术进展和存在的问题,并对数字PCR未来发展方向进行了展望。     

毛细管电泳激光诱导荧光用于DNA定量的研究

通常用于DNA定量的主要方法有聚合物酶链反应(PCR)、紫外光谱法和荧光光谱法等.PCR测定DNA的灵敏度较高,但操作繁琐费时,而且对序列依赖性较强[1].紫外吸收光谱法可直接用于DNA的测定,但它的灵敏度较低且较容易受到DNA样品中的单链核苷酸和其它杂质的干扰.荧光光谱法不但有较高的灵敏度,而且对DNA的选择性也较好.目前已建立了许多荧光测定DNA的方法,这些测定方法一般都是基于DNA对荧光探针的荧光增强的原理而实现的.通常采用荧光光谱仪、荧光测读分析仪、流式细胞仪等测定荧光标记的DNA的荧光信号,但这些仪器均存在样品消耗量较大、仪器价格昂贵、分析时间较长、不易自动化等缺陷.毛细管电泳仪已经成为许多分析实验室中常用的DNA分离检测工具,将其应用于DNA的定量检测有望克服上述仪器的一些缺陷.Landers等以YO-PRO-1和PicoGreen为DNA标记试剂, 在毛细管电泳仪上对DNA含量进行了较好的分析[2].     

国际实验室间转基因产品检测能力验证的研究

以转基因大豆为例，介绍开展APLAC T034国际间实验室转基因检测能力验证的项目。对于样品量值(添加值)的设定进行试验，对样品的均匀性和稳定性进行检验，并对参试实验室的测试结果进行系统的评价和分析。影响转基因产品测试结果的关键因素是检测方法、基因组DNA提取的质量、PCR反应体系中模板DNA的加入量．以及是否使用标准物质作为质控对照和使用定量标准物质求出相关系数对定量检测结果进行校正。     

定量聚合酶链式反应研究新疆小河古代样本的DNA

利用定量聚合酶链式反应来检测PCR起始阶段的古DNA模板数是鉴定古DNA保存状况以及确保其真实性的有效方法之一。采用SYBRgreenI法对距今3800年左右的新疆小河墓地出土的5例样本线粒体DNA的3个不同长度片段(138bp、209bp和363bp)及核DNA(AMG基因)进行定量。线粒体DNA定量结果显示:小河样本古DNA扩增效率与扩增序列长度成负相关性,只有138bp的结果高于每微升150拷贝。虽然大部分小河样本的AMG基因定量结果都在30拷贝以内,仍然可以进行核DNA的STR或SNP分析。本实验首次通过定量PCR的方法,证明在同一个体中的牙齿中的DNA拷贝数要高于骨骼中的。     

利用手持技术改进测定乙醇分子结构实验

利用压强传感器代替排水集气法,改进测定乙醇分子结构实验的仪器装置,并探索最佳反应条件。另外,设计两个空白实验,结合压强变化曲线对实验误差进行相关讨论。     

光谱仪测试范围的扩展

由于石化行业的生产需要，其材质的使用具有多样性和广泛性，经常会出现顾客委托的测试样品的一个或几个元素跨越光谱仪现有测试程序测量范围的情况。本法通过对光谱仪测试原理的认识，根据光谱仪的测试能力及标样的采集，实现了一个或几个元素测量范围的扩展，并对其测量的影响因素进行了研究。     

Influence of viscosity of medium on processes of oxygen quenching of excited states of mesoporphyrin

The oxygen quenching rate constants for singlet and triplet excited states of the dimethyl ester of mesoporphyrin IX increase with decreasing viscosity of the medium and reach a maximum at a viscosity of approximately 0.4 mPa·sec, after which the rate constants begin to decrease. The drop in rate constant with increasing fluidity of the medium may be related to a nonequilibrium character of the elementary act in the interaction of the reactants in the solvent cage. In viscous media such as isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, and isoamyl alcohol, the reaction radius is greater than the sum of the radii of the reacting particles. The long-range character of these processes is due to the relatively weak dependence of the quenching probability on distance.Translated from Teoreticheskaya i Éksperimental'naya Khimiya, Vol. 25, No. 2, pp. 161–167, March–April, 1989.     

Dichroism of absorption and polarization of phosphorescence of molecules of the closed form of nitrobenzospirothiopyran

The spectral-polarization characteristics of absorption and phosphorescence of molecules of the initial form of nitro-substituted indolinospirobenzothiopyran were studied in oriented polyethylene films and in solutions with different polarity. An oscillator model of the electron transitions responsible for the formation of absorption and luminescence spectra was suggested. It was established that the principal differences in the spectral and photophysical properties of the compound studied and its oxygen-containing analog are associated with the fact that the electronegativity of the S atom is lower than that of the O atom. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 6, pp. 1143–1146, June, 1997.     

Neutral diterpenoids of oleoresins of five species of conifers of Transcarpathia

The compositions of the neutral diterpenoids of the oleoresins of five species of conifers growing in the Transcarpathia have been studied. It has been found that the oleoresins ofAbies alba M.,Larix decidua M., andPicea excelsa L. contain more than 50% of neutral diterpenoids. The group and qualitative compositions of the oxygen-containing diterpenoids have been determined. In the oleoresins ofAbies alba,Picea excelsa, andPicea abies tertiary alcohols — cis-abienol and isocembrol — predominate, while inLarix decidua the main component is the hydroxy ester larixyl acetate. Primary alcohols related to the resin acids have been found in all the oleoresins investigated. Features of the distribution of diterpenoids according to the species of conifers have been revealed. The results obtained are necessary for the chemotaxonomy of conifers of the family Pinceae.Novosibirsk Institute of Organic Chemistry, Siberian Branch, Academy of Sciences of the USSR. Translated from Khimiya Prirodynkh Soedinenii, No. 6, pp. 812–816, November–December, 1988.     

Determination of heats of detonation and influence of components of composite explosives on heats of detonation of high explosives

The heats of detonation of 20 simple high explosives and explosive mixtures were determined by means of an adiabatic detonation calorimeter designed by the authors. The results indicated that the performance of the instrument was reliable and the experimental data were very accurate. For explosive mixtures, there was a linear accumulative relationship between the heats of detonation of the explosive mixture and its components. Accordingly, the heats of detonation of explosive mixtures could be calculated directly from the heats of detonation of simple explosives and the characteristic heats of other components. The experiments showed that the gold or brass shell of the cylindrical charge could be substituted by a thick-walled porcelain shell, which had the advantage of cheapness.

     

物质分配系数的测定实验改进

实验教学目的是从解决实际问题出发,以实验技术训练和实验设计思想培养为目标。介绍了将单一的物质分配系数测定实验改进为综合实验,提高了实验效果及实验资源利用率。     

Calculation of enthalpies of hydrogenation of hydrocarbons

Sets of hydrogen molecule equivalents have been developed which permit the calculation of hydrogenation of different types of carbon-carbon bonds from ab initio total energies (3-21G and 6-31G* basis sets, and, to a more limited extent, for MP2/6-31G* data) of reactants and products. The calculated enthalpies of hydrogenation are in good agreement with experiment for unstrained molecules, with average errors on the order of 2 kcal/mol. The 6-31G* equivalents allow the enthalpies for strained molecules to be calculated accurately, but the 3-21G equivalents do not. The equivalents for both basis sets have been tested by calculating the enthalpies of hydrogenation of carbon-carbon bonds in nitrogen- and oxygen-containing organic molecules, free radicals, and classical carbocations. The results are in good agreement with experiment in most cases.     

非那雄胺合成工艺改进

非那雄胺能抑制5α-还原酶的活性,明显降低二氢睾酮水平,是一种治疗良性前列腺增生的有效药品。该合成工艺以甾烯酮酸为原料,将其与氯化亚砜反应,无须分离即与叔丁胺反应得17β-酰胺化合物,再氧化开环,环合,氢化,脱氢合成了非那雄胺。经元素分析、IR、1HNMR、13CNMR、MS分析表征了其结构。该法无须使用昂贵的2,2-二吡啶二硫化物和剧毒药品苯亚硒酸酐,且以乙酸铵代替氨气,降低了对设备的要求和腐蚀,更适用于工业生产。