微滴式数字PCR性能特点

在精细诊疗领域，患者外周血中的循环DNA（ctDNA），在的早期筛查，围术期监测，药物疗效评估，预后等方面具有重要的临床应用价值。在肺液体活检领域，EGFR突变由于其在东亚人群中的高突变率,实现精细检测显得尤为重要。研究表明，相较于荧光定量PCR，数字PCR对于血液ctDNA的检测灵敏度更高（0.01%），EGFR突变的阳性检出率也更高。在患者术后复发检测中，数字PCR评估出的ctDNA阳性，可以早于影像学数月提前揭示出患者复发。因此，该项技术在肺精细诊疗中具有重要的作用。数字PCR在检测珍贵样品和样品核酸存在降解时具有明显的优势。微滴式数字PCR性能特点

微滴数字PCR主要是将两种互不相溶的液体，以其中一种作为连续相（油），另一种作为分散相（水），在水/油两相表面张力和剪切共同作用下分散相以微小体积单元的形式存在于连续中，从而成液滴。这种液滴式的反应腔室具有体积小、样品间无扩散等优势。在ddPCR中，利用微滴发生器可以一次生成数万乃至百万个纳升甚至皮升级别的单个油包水微滴，作为数字PCR的样品分散载体。这里，液滴中包裹了单拷贝DNA模板和PCR反应液，然后将液滴收集在PCR反应管中进行扩增。PCR反应结束后检测每个微滴的荧光信号。目前Bio-Rad公司的QX100系统、QX200系统均为采用液滴技术的数字PCR系统。图6.Bio-Rad的液滴数字PCR系统华南地区臻准数字PCR解决方案杨雁峰博士坚信数字PCR是可以应用于无创产前筛查的理想技术之一，这也是他2016年创立塔歌生物的初衷。

在荧光定量PCR应用已经如此的情况下，缘何数字PCR仍然能横空出世？中心点在于荧光定量PCR尽管为科研和临床市场应用提供了非常重要的检测工具支撑，但仍然有尚未被满足的客户需求。荧光定量PCR需要基于标准品制作的标准曲线进行定量，属于相对定量，操作较为复杂，且终端用户对其结果的重复性、灵敏性、精密度、分辨率、对PCR反应抑制剂的耐受性等方面有更高的期待。数字PCR通过将反应体系进行有限稀释至成千上万的反应单元中，实现了核酸靶标的单分子扩增。PCR扩增结束后，基于终点法对阳性液滴数和总液滴数进行计数，结合泊松分布原理，从而实现对起始样本的定量。其极大地简化了操作步骤，并且大幅提高了检测性能，尤其在低丰度或较低丰度的核酸检测上（灵敏性可达0.001-0.0001%），其优异的性能得到了终端用户的认可。

了解泊松分布，我们先要从二项式分布说起，二项式分布是一个离散概率分布，它给出了m次试验中k次成功的可能性，每次试验的概率为p，例如当掷骰子时，二项分布给出了在10次试验中恰好有7次掷出4的概率。在数字PCR的情况中，投掷骰子类似于将一个目标实体随机“投掷”到一组分区中，当目标落在选定的分区中时，就是成功。如果有n个分区，并且分区过程是完全随机的，则目标出现在所选分区中的概率为1/n。该试验重复m次，样品中的每个分子一次。如下所示的二项式分布给出了k个成功的概率，即所选分区恰好包含k个分子的概率。数字PCR通常采用大量分区。当n很大，并且尝试成功的概率(1/n)很小时，二项分布可以近似为泊松分布。Drop-off数字PCR检测方法的**主要优势是能够能够在一个反应中检测到基因组序列范围短的同源基因突变。

产物越短，往往扩增效率越高。模板二级结构（Templatesecondarystructure）：PCR变性中和变性后的单链DNA不够稳定，容易自发折叠形成二级结构。应避免可形成稳定二级结构的模板链区域，因为如果模板链形成的二级结构在退火温度下稳定存在，定位在模板链二级结构处的引物将无法同模板链相结合。使用mfold可预测引物待结合的区域是否存在复杂的二级结构。设计引物时，尽量使引物定位在模板二级结构以外的序列上。避免具有4个以上相同的连续碱基的区域（Avoid>4repeatsofsamebases）：以避免延伸阶段聚合酶“滑动（PolymeraseSlippage）”。选择GC含量（GCContent）在50-60%之间的区域。如果高GC含量区域不可避免，可以尝试提高退火温度，并使用添加剂，例如甘油，经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。广东全自动数字PCR解决方案

目前dPCR中体积优化方法以光学显微镜观测为主。微滴式数字PCR性能特点

dPCR在使用过程中需要特别注意体积误差造成的结果偏差。体积误差对于测量拷贝数浓度会产生偏差。目前dPCR中体积优化方法以光学显微镜观测为主。分散体积的差异会增加拷贝数结果的不确定性，Emslie等使用光学显微镜纵向拍照比较图片边缘的微小差异，考察了数字PCR系统中每个微孔内和孔与孔间的体积差异对实验结果的影响程度。Corbisier等使用微滴数字PCR对6种不同质量分数棉籽粉质粒DNA标准物质[ERM-AD623a-f，浓度范围（10~10）copies/ul]进行分析，优化了液滴体积得到相应校正因子，并使用该校正因子发现并校准了运行软件中液滴体积不变的假设而引起的数据偏离，数据结果的一致性有明显提高。微滴式数字PCR性能特点

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