赛默飞荧光定量 PCR 仪(Quantitative PCR, qPCR)是一类将聚合酶链式反应(PCR)的核酸扩增技术与荧光信号检测技术结合的高精度分子生物学仪器。它能够在 DNA 或 RNA 的扩增过程中实时监测荧光信号的变化,从而在反应结束前即定量分析起始模板的拷贝数。这种方式不同于传统终点 PCR,只在反应结束时通过电泳分析产物;qPCR 能在反应的指数扩增阶段获得更准确的数据,减少耗时并降低污染风险。
赛默飞作为全球生命科学领域的知名厂商,其荧光定量 PCR 系列在科研、临床、农业、食品安全及分子诊断等领域有着广泛应用,凭借稳定性高、检测灵敏度强、通量灵活以及软件功能丰富而受到用户青睐。
赛默飞荧光定量 PCR 仪的核心原理是荧光信号实时检测结合 PCR 核酸扩增。主要流程如下:
模板与反应体系准备
待测的 DNA 或经逆转录生成的 cDNA,与引物、核苷酸、Taq DNA 聚合酶以及荧光探针或染料混合。
热循环扩增
仪器通过精确控温实现变性、退火、延伸等循环步骤,完成目标片段的指数级扩增。
荧光信号采集
在每个循环的特定阶段,激发光源照射样品中的荧光分子,引发其发射特定波长的光信号,由光电检测器捕获。
实时分析
仪器软件将荧光强度与循环数建立关系曲线(扩增曲线),通过阈值循环数(Ct 值)与标准曲线比较,计算出初始模板浓度。
荧光信号来源主要有两类:
非特异性荧光染料(如 SYBR Green):与双链 DNA 结合后发光,简单、成本低,但可能检测到非特异性产物。
特异性荧光探针(如 TaqMan):仅在目标片段扩增时释放荧光,特异性和准确性更高。
赛默飞荧光定量 PCR 仪的典型结构包括:
热循环模块
高精度 Peltier 元件控制样品加热与降温,保证温度均匀性与快速切换。
光学检测系统
激发光源(常用 LED 或卤素灯)
光学滤光片或分光系统
光电倍增管(PMT)或 CCD/CMOS 检测器
多通道配置可同时检测不同荧光信号,支持多重检测。
样品模块
支持 96 孔、384 孔或微量管/玻片,部分型号可适配快速反应耗材。
控制与数据处理单元
嵌入式处理器与外接计算机/软件连接,实现程序设定、数据采集与分析。
人机交互界面
部分型号配备触控屏,支持脱机运行与 USB 数据导入导出。
赛默飞荧光定量 PCR 系列覆盖从入门到高端的多种型号,例如 QuantStudio 系列、StepOne 系列等。不同型号在通量、检测灵敏度、光学通道数量、温控速度和软件功能方面有所区别。
QuantStudio 3/5/6/7/12 系列
适合不同规模实验室
多通道检测(4–6 色)
云端数据管理功能
自动化兼容性高
StepOne/StepOnePlus
中小通量(48 或 96 孔)
操作界面简洁,适合教学和常规科研
高通量型号
支持 384 孔板
适用于基因组大规模筛查和多重检测
高灵敏度与宽动态范围
能检测极低拷贝数核酸,动态范围可达 10⁷ 倍。
温控精准与均匀
孔间温差低,确保不同反应单元的扩增曲线一致。
多重检测能力
一次反应可同时检测多个靶标,提高效率并降低成本。
软件智能化
自动分析 Ct 值、绘制标准曲线、进行相对或绝对定量分析;可实现 SNP 分型、熔解曲线分析等。
数据可追溯性
云平台存储和分析,便于团队协作与数据安全管理。
基础科研
基因表达分析
microRNA 定量
病毒载量检测
临床诊断
病原微生物检测(如新冠病毒)
遗传病筛查
癌症标志物监测
农业与食品安全
转基因检测
食源性病原菌筛查
动植物品种鉴定
环境监测
水质微生物分析
病原污染溯源
实验设计:确定引物探针、选择反应体系与检测模式。
配制反应液:按体系加入模板、引物、探针、酶和缓冲液。
上样:将反应液加入 PCR 板或管,封口防止蒸发。
设定程序:输入变性、退火、延伸等循环温度和时间。
运行与监控:启动仪器,实时监测荧光信号。
结果分析:读取 Ct 值并进行定量或定性分析。
光学系统保护:避免强光直射,定期清洁滤光片和光路。
温控模块保养:保持热盖与样品模块清洁,防止残留物影响温度传导。
软件与固件更新:保持系统最新状态,确保兼容性与稳定性。
耗材选择:使用厂家推荐的耗材可提高检测一致性。
防止交叉污染:严格分区操作,配合无酶耗材和专用移液器。
随着分子诊断与精准医疗的发展,赛默飞荧光定量 PCR 仪正向以下方向演进:
更高通量与自动化:结合自动加样系统,实现大规模检测。
便携化与即时检测:小型化设备适用于现场检测与应急响应。
多组学结合:与数字 PCR、测序平台协同,拓展数据深度与应用广度。
智能化分析:结合 AI 算法进行复杂数据解读和结果预测。
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