产品解析 | 第4期：Bio-Rad QX ONE数字PCR系统

发表时间：2023-08-15 19:55

数字PCR技术通过在一定体积内稀释DNA分子，可以实现对拷贝数的精确估算。与传统PCR相比，数字PCR技术在检测罕见遗传突变时更为敏感，并可提供绝对定量的结果，尤其在低水平痕量DNA分析方面表现出色。此外，数字PCR技术能够克服PCR扩增效率的限制，并具备高度的结果重现性。数字PCR技术从科研阶段发展到如今的大量商业化已有二十多年，海外代表公司有伯乐、凯杰、赛默飞、罗氏，国内公司有新羿生物、思纳福、领航、锐讯、达微、博瑞、达普、小海龟等。

无论是技术水平，还是市场份额，拥有二十多年PCR产品研发、生产经验的伯乐公司（Bio-Rad）都是当前数字PCR市场的领跑者。Bio-Rad于2011年斥资1.62亿美元，完成QuantaLife公司的收购，正式进军数字PCR市场，随后推出QX100（2011年）、QX200（2014年）微滴式数字PCR系统以及最新的QX ONE（2019年）集成液滴数字系统。同时Bio-Rad于2017年收购液滴式数字PCR系统制造商RainDance Technologies，该公司核心技术可在短时间内生成数百万个皮升级的微液滴，可将Bio-Rad原液滴数提升250-500倍。两者的融合进一步稳固了Bio-Rad在数字PCR领域的领军地位。

QX ONE系统集成了微滴生成、热循环PCR扩增及微滴读取分析等数字PCR分析全流程，配备4个独立的荧光检测通道，可以在单反应孔中实现8重拷贝数变异（CNV）检测、5重突变检测或4重基因表达检测。全自动无人值守的QX ONE，一天内可以完成多至5块反应板（480个反应）的数字PCR实验及分析。今天大家跟随小编视角，一起来探究QX ONE这套集大成的数字PCR系统。

图1. QX ONE外观整体结构

【产品简介】

Bio-Rad QX ONE数字PCR一体机系统的基本性能参数可归纳如下表：

图2. QX ONE的内部结构和功能区划分

由右向左，仪器主要包括上样区、液滴生成区、PCR扩增区和流式荧光信号读取区。其中上样区和PCR扩增区同传统PCR仪的原理基本一致，这里不做过多阐述，这篇文章将主要分析该系统的液滴生成芯片结构和内部流体的转运过程。

【芯片功能解析】

一、液滴生成芯片（夹流聚焦）

图3展示了液滴生成芯片的结构示意图。液滴微芯片的尺寸为88.00 × 23.25 × 7.05 mm³，由八个液滴生成单元组成。每个单元包括顶部的进油口、进样口和液滴出口（图3A），以及底部的液滴生成通道（图3B）。可在图3C中看到液滴生成通道的详细设计。进油口与双油道相连用于提供油相溶液。油通道与PCR试剂通道相交，后者用于输送PCR混合物到液滴中。油相从两侧挤压或剪切水相，在十字交叉口处形成均一的微液滴。产生的微滴通过液滴通道流向出口并进行收集，以完成下游扩增分析。图3D展示了液滴生成芯片的实物照片。

图3. 微注射成型液滴生成芯片的示意图，该芯片有8个液滴生成单元，每个产滴单元包括一个储油罐、一个PCR试剂储罐和一个出滴口/真空口

二、仪器流体解析

【小编点评】

一、产品优势

1、超快的液滴生成速度。液滴生成芯片基于夹流聚焦原理，具有超快的液滴生成速度，能够在2.5 min内生成超过20000个微液滴，极大提升了系统的分析效率；

2、超低的芯片成本。相较于微孔阵列芯片动辄数百元的成本，液滴生成芯片的结构简单、性价比高；

3、超高的自动化程度。经过不断迭代升级，QX ONE系统能够将数字PCR的所有分析操作进行集成，真正实现“样本进-结果出”的高通量数字PCR分析。

二、技术难度或门槛

液滴生成芯片需要快速生成大量尺寸均一的纳升级液滴，对液滴生成结构的设计和加工要求较高；

样品需要经过加样、微滴生成、热循环PCR扩增及微滴读取分析等数字PCR分析全流程，对系统模块之间的协同度要求较高。

三、技术平台的应用展望

随着数字PCR技术全新应用场景（如肿瘤突变筛查、基因表达分析、病原体检测、环境监测等）的不断发掘，对数字PCR系统的分析速度、检测通量和单次检测成本提出了更高的要求。在未来的发展中，以QX ONE系统为性能标杆，通过芯片结构设计、工艺优化、国产替代等方式来实现降本增效，让数字PCR技术推动医疗和科学研究的进一步发展。

注：

1. 参考专利：US20110311978A1、US201414493272A等；

2. 参考文献：Jo D, Kim S Y, Kang H W, et al. Micro-injection Molded Droplet Generation System for Digital PCR Application [J]. BioChip Journal, 2022: 1-8.；

3. 图片来源：

https://mp.weixin.qq.com/s/koDEPR9gprJ0DR_oG15fxQ，伯乐公司中国区官网；

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关于霆科

霆科生物成立于2014年，是一家专注于开发并量产微流控芯片的技术平台型公司。公司定位为“微流控芯片第三方研发制造整体解决方案提供商（CDMO）”，依托于全链条的微流控技术平台，为医疗体外诊断（生化分析、免疫检测、分子诊断、基因测序、液态活检）、器官芯片、纳米药物/材料合成、食安/环保检测等行业提供专业及全面的微流控产品设计开发与生产制造整体解决方案。

霆科官网：www.tinkerbio.com

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