如果說Kary Mullis發(fā)明了聚合酶鏈式反應(yīng)法將生物學劃分為前PCR時代和后PCR時代，那么數(shù)字PCR的產(chǎn)生將分子檢測劃分為了定性檢測時代和定量檢測時代。但是數(shù)字PCR檢測≠定量檢測，數(shù)字PCR只是一個工具，只有這個工具具備了定量檢測的條件才能實現(xiàn)真正的定量檢測，否則都是“偽定量”。
一、什么是定量檢測
1.定性和定量檢測
通俗的理解，定性檢測是測定待測物的“質(zhì)”，如物理、化學、生物等，鑒定其是與非，有和無；定量檢測是測定待測物的“量”，如質(zhì)量、長度、物質(zhì)的量等等。
2.核酸檢測方法中的定量檢測方法
是否為定量檢測不是以檢測結(jié)果是否是數(shù)值為依據(jù)，對于核酸檢測，OD260/280計算核酸濃度和熒光定量PCR都是定性檢測方法；只有數(shù)字PCR屬于定量檢測方法。
3.數(shù)字PCR的偽定量
數(shù)字PCR是一個定量工具，但是如果數(shù)字PCR方法沒有經(jīng)過充分驗證，獲得的定量結(jié)果也只是個偽定量結(jié)果，或者結(jié)果不準確，或者偏差較大。目前在數(shù)字PCR推廣和使用中最大的問題就是：數(shù)字PCR廠家只強調(diào)儀器的硬件參數(shù)（分割單元數(shù)、多通道和開發(fā)的系統(tǒng)）；用戶將熒光定量PCR方法在不做方法優(yōu)化和驗證的情況下直接應(yīng)用于數(shù)字PCR平臺，最終的結(jié)果是數(shù)字PCR成為一個定量不準的定性檢測工具。
4.計量溯源
要實現(xiàn)定量，通常需將測量的結(jié)果與國際單位制SI單位聯(lián)系起來。國際單位制的七個基本單位：長度（米）、質(zhì)量（千克）、時間（秒）、電流（安培）、熱力學溫度（開爾文）、物質(zhì)的量（摩爾）和發(fā)光強度（坎德拉）。
“具有計數(shù)特征的量（包括特定核酸序列的拷貝）的單位為1。單位為1的單元本質(zhì)上是任何單元系統(tǒng)的一個元素。單位為1的量可視為可溯源至SI 單位摩爾。因此，可以通過適當?shù)?、?jīng)過驗證的測量程序來得出對SI的計量溯源性?！?ISO 20395：2019
5.不確定度
追求真值和追求真理一樣困難！定量檢測的最大困難是測準，因為真值永遠是求之而不得的，也是人類孜孜不倦努力的目標。我們當下能做到的是獲得真值所在的區(qū)間，并不斷縮小這個區(qū)間，這個區(qū)間就是不確定度，它包含了測量中所有產(chǎn)生的誤差（不確定分量）。
1.數(shù)字PCR的原理
數(shù)字PCR是將核酸模板分布在等體積的多個分割單元中，使得一些分割單元包含模板而其它分割單元不包含模板，然后對目標序列進行PCR擴增并檢測特定的PCR產(chǎn)物，通過陽性率和泊松分布計算獲得模板中靶序列拷貝數(shù)濃度。數(shù)字PCR的核心原理就是有限稀釋、終點PCR和泊松分布！
2.數(shù)字PCR的分類
按照單元分割的方式數(shù)字PCR分為液滴式數(shù)字PCR、芯片式數(shù)字PCR和微滴芯片式數(shù)字PCR：
2.1液滴式數(shù)字PCR：通過油包水生成技術(shù)，生成幾萬個微滴，以伯樂和新羿生物為代表：
2.2芯片式數(shù)字PCR：使用物理分割的方法，將反應(yīng)液分布到幾萬個微孔中，以賽默飛、凱杰和羅氏為代表：
2.3微滴芯片式數(shù)字PCR：分割方式仍然是生成油包水的微滴，但是將微滴形成單層平鋪到芯片上，以STILLA和思納福為代表：
3.泊松分布
很多人對數(shù)字PCR定量結(jié)果的質(zhì)疑往往來源于泊松分布導致的概率，由于以往的核酸檢測都是定性的，人們已經(jīng)習慣了陽性或者陰性的“確定性”結(jié)果，而不習慣于存在概率和不確定度的“不確定性”結(jié)果。但是事實的情況是越能計算出概率和不確定區(qū)間的結(jié)果越準確，只給出陰陽性的結(jié)果越不準確。
1.精密度Precision
精密度可分為方法的重復性（repeatability），中間精密度（intermediate precision）和再現(xiàn)性（reproducibility）。在實驗室內(nèi)部驗證時，應(yīng)確定方法的重復性和中間精度?？梢允褂脝我蛩胤讲罘治觯ˋNOVA），計算重復性。
2.線性Linearity
通過對預期核酸量值與觀察到的核酸量值進行回歸分析，以斜率和相關(guān)系數(shù)R來表征該范圍內(nèi)的線性度。
觀察值與期望值的期望斜率為1.0，截距為（0,0）。建議斜率在0.95至1.05之間。相關(guān)系數(shù)R2應(yīng)大于0.99。
3.正確度Trueness
測量正確度是該方法產(chǎn)生的無限個結(jié)果（即現(xiàn)實中的大量結(jié)果）的平均數(shù)與接受參考值間的一致程度。優(yōu)先使用有證標準物質(zhì)獲取合適的參考值。
4.穩(wěn)健性Robustness
在穩(wěn)健性測試中，應(yīng)研究相關(guān)方法參數(shù)中的小偏差對方法性能和測量結(jié)果的影響?？赡苡绊懛椒ńY(jié)果的相關(guān)參數(shù)，如引物和探針的濃度、PCR試劑的成分、PCR儀和退火溫度。
5.特異性specificity
應(yīng)評估分析對預期目標的特異性以及與典型生物樣品中可能存在的同源序列的潛在交叉反應(yīng)性。
6.最低檢測限limit of detection，LOD
可被檢出的最低濃度。LOD在不同標準中有不同的計算方式，如：目視評價法，空白標準偏差法、標準方程法和信噪比法。對于數(shù)字PCR的LOD評估我個人比較傾向于使用空白標準偏差法評估LOD。
空白標準偏差法：既通過分析大量的樣品空白或加入最低可接受濃度的樣品空白來確定LOD。獨立測試的次數(shù)應(yīng)不少于10次，計算檢測結(jié)果的標準偏差，計算方法見下表：
7.最低定量限limit of quantitation，LOQ
樣品中的分析物可被定量檢測的最低濃度。通常建議空白值加上10倍重復性標準偏差，也可以3倍的LOD或高于方法確認中使用最低加標量的50%作為LOQ。
我從2012年就開始接觸數(shù)字PCR，后來因為一直從事核酸標準物質(zhì)的研究，需要不斷的開發(fā)數(shù)字PCR的定量方法，目前已經(jīng)使用過的數(shù)字PCR儀大概有10種。
數(shù)字PCR本應(yīng)定位為一個高靈敏度和準確度的定量工具，各廠家應(yīng)聚焦于如何提高儀器的精密度和準確度，篩選最匹配的反應(yīng)體系，開放平臺扶持專業(yè)的方法開發(fā)者。但是目前的一種不良傾向是大家都在拼硬件性能（微滴數(shù)更多，熒光通道更多），過度宣傳自己平臺的開放性和通用性，回避普通用戶自己建立定量方法的難度。硬生生把一個定量工具變成了更靈敏的定性或偽定量工具。數(shù)字PCR是時候回歸真定量了！
2023-8-21 |
