PCR 实战宝典 No.7：数字PCR

数字PCR：精准定量的生物科技革新

数字PCR (dPCR)，作为PCR技术的第三代，自1999年诞生以来，因其独特的优势在核酸检测和定量分析领域崭露头角。它的核心原理是结合PCR扩增和荧光信号分析，通过统计每个反应单元的“0”和“1”信号，利用泊松分布实现对核酸含量的精确测定。dPCR的一大关键在于模板的稀释，旨在降低背景噪音，特别适合复杂环境和低拷贝数检测，相比传统qPCR，它展现出更高的精度和灵敏度。

设计引物时，特异性是必不可少的，dPCR通常采用TaqMan探针或荧光染料。其显著优势在于实现了绝对定量，每个样本都被分散检测，提供了批间稳定性。与qPCR相比，dPCR在线性范围、绝对定量和批内稳定性方面表现出明显优势，特别是在临床医学的广泛应用中，如肿瘤诊疗（如罕见突变检测，支持个性化治疗）、无创产前筛查（基因水平检测遗传疾病，如SMA）以及病原微生物检测（HIV、乙肝等病毒和结核、疟疾的检测）。

例如，HCV基因突变检测，Dany Morisset等的研究表明，QX100 dPCR技术在aa70突变检测中超越了直接测序，具有极高的灵敏度和精度。在结核病检测中，ddPCR技术通过提供细菌数量计数，显著提升了诊断的敏感性，特别在样本获取困难的情况下。食品安全领域，数字PCR广泛应用于转基因、动植物源及食源微生物的检测，如转基因成分分析和外源基因拷贝数测定，确保食品质量的安全性。

实时荧光定量PCR在痕量DNA检测上的局限性，让数字PCR，如Morisset等人的工作，以其5拷贝的最低检测限和4个数量级的动态范围，成为了低丰度DNA检测的首选，对抑制因子的耐受性也更强。在食品安全检测中，微孔芯片技术，如IFC芯片，如BioMark HD系列，通过高密度微阀结构，实现了高通量和低消耗，是高效检测的重要工具。

如QuantStudio 12K Flex系统，集成了实时PCR与数字PCR功能，支持高通量分析，简化了操作流程。而QuantStudio 3D数字PCR系统，凭借密封芯片设计，提供了1分钟读取的快速反应和20,000个反应单元，支持多种应用，如罕见突变检测。微孔技术的进步，如Bio-Rad的QX200系统，通过油包水乳化和微流体技术，提升了灵敏度和用户友好性。

总体而言，数字PCR技术通过精准的定量和高灵敏度，正在医学、食品安全和基因组学研究中发挥重要作用。无论是高通量的IFC芯片，还是微滴式系统如QX200和RainDrop，它们都为科学研究和实际应用提供了强大而直观的工具。随着技术的不断优化和创新，数字PCR的未来将更加广阔，推动着生物科技领域的发展。