dPCR的发展历史、原理及其应用

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dPCR 的发展历史、原理及其应用

摘要：数字 PCR（Digital PCR,dPCR）是核酸绝对定量的新方法，该技术通过分液，将含有核

酸模板的 PCR 反应体系分配到上万个反应器中进行 PCR 扩增，根据荧光信号的有或无，进行

结果计数，通过泊松分布的统计处理，直接得出核酸的拷贝数。相比于实时荧光定量

PCR（Quantitative PCR,qPCR），dPCR 不需要建立标准曲线，应用前景更广。本文对 dPCR 的

发展历史、原理及其应用进行了综述。

自1985 年Kary Mullis 发明 PCR 技术以来，PCR 技术一直是生物医学领域中重要的实验方法。

随着分子生物学技术的发展，目前核酸定量的主要方法是实时荧光定量 PCR（Quantitative

PCR,qPCR）。数字 PCR（Digital PCR,dPCR）是近年来发展起来的新技术，是对传统 PCR 方

法的技术革新，两者最主要的区别在于计算核酸拷贝数方法不同，dPCR 方法采用了新的定量

策略和实验思路，可以对核酸的拷贝数进行绝对定量，相比于 qPCR 不需要建立标准曲线，具

有更广阔的应用前景。目前，已有很多基于微滴或芯片的商业化 dPCR 平台应用于分子生物

学、医学等各个领域，并发挥了重要作用。因此，本文主要从 dPCR 方法的发展历史、原理及

其应用方面进行了阐述。

1 dPCR 的发展历史。

1992 年，Sykes 等[1]从非淋巴细胞和正常体细胞背景中鉴定突变的白血病细胞，检测了复杂背

景下低丰度的 IgH 重链突变基因。该研究中提出了三个重要的原则：有限稀释、终点信号的有

或无及对数据泊松分布的统计处理，为以后 dPCR 的发展奠定了基础。

1997 年，有研究利用玻璃毛细管作为载体进行 PCR 反应，可以对模板分子进行定量，验证了

Taq-Man 探针可以检测模板单分子，尤其在微小的反应体系中，发展了单分子定量技术[2],为

dPCR 单模板扩增提供了技术支持。

1999 年，Bert Vogelstein 和Kenneth W.Kin-zler[3]正式提出了 dPCR 的概念，可以将指数型函数

转化成线性函数，对模板进行有限稀释，根据荧光信号的有或无进行精确定量。实验利用 384

孔板对样品进行稀释、扩增，来检测结、直肠癌粪便样品中 c-Ki-Ras 基因突变，对数据进行泊

松分布的处理。研究还提出了数字 PCR 的另外一个优势，由于粪便样本中含有大量的 PCR 反

应抑制剂，通过对样品进行稀释，提高了对反应抑制剂的耐受程度。

2003 年，Devin 等[4]提出了 BEAMing 技术，包括小珠（Bead）、乳浊液（Emulsion）、扩增

（Amplifi-cation）、磁性（Magnetic）。利用包被链霉亲和素的磁性珠子和生物素标记的寡核

苷酸，形成微乳液，进行 PCR 扩增，通过流式细胞仪检测荧光标记来进行计数，这个技术为

以后微滴式 dPCR 的产生提供了技术依据。

2006 年，Fluidigm 公司第一个生产商业化的基于芯片的 dPCR 仪，主要包括 EP1 系统和

BioMarkHD 系统。2009 年，Life Technologies 推出了 OpenArray 和QuantStudio 12K Flex dPCR

系统，2013 年，Life Technologies 又推出了 QuantStudio 3DdPCR 系统，采用高密度的纳升流

控芯片技术，将样本均匀的分配至20 000 个单独的反应孔中。

2011 年，Bio-Rad 公司推出了基于微滴的QX100dPCR 仪，利用油包水技术，将样品平均

分配到 20 000 个微滴油包水中，利用微滴分析仪对微滴进行分析；2013 年，Bio-Rad 公司推出

在QX100 基础上的升级 QX200dPCR 仪。2012 年RainDance 公司推出了 RainDrop dPCR 仪，在

高压气体驱动下，将每个标准反应体系分割成包含 100 万至1 000 万个皮升级别微滴的反应乳

液，提高了 dPCR 仪的检测范围，适于检测浓度差异较大的样品（表1 ）。

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摘要：

dPCR的发展历史、原理及其应用摘要：数字PCR（DigitalPCR,dPCR）是核酸绝对定量的新方法，该技术通过分液，将含有核酸模板的PCR反应体系分配到上万个反应器中进行PCR扩增，根据荧光信号的有或无，进行结果计数，通过泊松分布的统计处理，直接得出核酸的拷贝数。相比于实时荧光定量PCR（QuantitativePCR,qPCR），dPCR不需要建立标准曲线，应用前景更广。本文对dPCR的发展历史、原理及其应用进行了综述。自1985年KaryMullis发明PCR技术以来，PCR技术一直是生物医学领域中重要的实验方法。随着分子生物学技术的发展，目前核酸定量的主要方法是实时荧光定量PCR（...

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