荧光定量PCR仪(Real-time Fluorescence Quantitative PCR,简称qPCR仪)是一种集精密温控、光学检测与数据分析于一体的分子生物学分析仪器,用于在PCR扩增过程中实时监测目标DNA或RNA的扩增量,从而实现对初始模板的精确定量。其工作原理基于荧光信号的累积:在PCR反应体系中加入荧光染料(如SYBR Green)或序列特异性荧光探针(如TaqMan探针),随着每一轮扩增,新合成的双链DNA结合荧光物质并发出信号,仪器通过高灵敏度CCD或光电倍增管实时采集各孔荧光强度,生成扩增曲线。通过设定阈值循环数(Ct值),结合标准曲线,可计算出样品中目标核酸的初始拷贝数,实现绝对或相对定量。
荧光定量PCR仪其主要应用范围包括以下几个大类:
1、基因表达分析(经典应用)
mRNA转录水平定量:检测特定基因在不同组织、不同发育阶段、或不同处理条件下(如药物刺激、胁迫处理)的表达量变化。通常使用SYBR Green或TaqMan探针法,以内参基因(如GAPDH、β-actin)进行归一化。
miRNA/lncRNA等非编码RNA定量:通过专门设计的引物或茎环引物法,检测微小RNA等长短非编码RNA的表达差异。
2、临床分子诊断
病原体检测与定量:
病毒载量检测:如HIV、HBV、HCV、HPV、新冠病毒(SARS-CoV-2)等的核酸定量,用于感染诊断、疗效监测和传染性评估。
细菌/真菌检测:结核分枝杆菌、衣原体、淋球菌、白色念珠菌等病原体的快速鉴定与载量分析。
遗传病筛查与诊断:检测特定基因突变、缺失、插入或SNP位点(如地中海贫血、囊性纤维化、药物代谢酶基因型),常用于产前诊断或新生儿筛查。
肿瘤分子标志物检测:检测癌组织中的特定基因表达量(如HER2、EGFR突变),用于预后评估、靶向用药指导及微小残留病灶(MRD)监测。
3、药物研发与毒理学
药效学与药代动力学(PK/PD)研究:评估药物处理后目标基因的表达变化,或检测药物代谢相关酶类的诱导/抑制情况。
siRNA/shRNA干扰效率验证:在RNA干扰实验中,定量目的基因被敲低的比例。
毒性基因检测:检测细胞或动物模型在药物/化合物暴露下,毒性相关基因(如CYP450家族、氧化应激相关基因)的表达上调情况。
4、微生物学与环境检测
微生物定量分析:不依赖培养,直接定量环境样本(水体、土壤、空气)或食品中的特定功能微生物数量(如大肠杆菌、沙门氏菌、乳酸菌)。
宏基因组学辅助:用于定量环境样本中特定功能基因的丰度(如氮循环相关基因、抗生素抗性基因)。
食源性病原体检测:快速检测肉类、乳制品、果蔬中的食源性致病菌和毒素基因。
5、转基因检测与法医学
转基因成分定量:检测农产品、种子或加工食品中转基因成分的拷贝数或百分比含量(如抗草甘膦大豆、BT玉米)。
法医DNA定量:在STR分型前,先对提取的人类DNA进行定量(常使用人源特异性基因如β-globin或Alu序列),确保模板量在合适范围,提高分型成功率。
种属鉴定:通过特异性引物区分不同物种来源的肉制品或药材(掺杂掺假鉴定)。
6、免疫学应用
细胞因子基因表达:定量T细胞、巨噬细胞等免疫细胞受刺激后,IL-2、IFN-γ、TNF-α等细胞因子mRNA的表达水平。
抗体基因重排分析:用于淋巴细胞克隆性增殖的检测(如淋巴瘤诊断)。