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分子诊断行业相关的主要仪器(核酸提取仪、PCR仪、测序仪等)

来源: IVD从业者网2021-10-11 15:33:51浏览:667
  基因核酸分子诊断是以现代生命科学应用为需求牵引,以各种先进制造和仪器科学技术为手段研制检测仪器,结合各种测试技术、分析技术和其他基础学科的科学原理,对生物个体、气管、组织、细胞和基因进行定性、定量观察,比较分析和判断。
  

  以上这段是对分子诊断行业最为全面的描述和定义,我国的分子诊断最早起步于上世纪六七十年代,但是那个时候由于技术和设备的落后并未被广泛认可,而后随着PCR技术的出现和广泛应用,分子诊断技术才开始从传染病领域,诸如肝炎、性病、SARS等方向逐渐切入临床应用市场。

  
  目前分子诊断技术和产品已经广泛应用于临床,今天给大家一一介绍一下分子诊断行业相关的主要仪器和创新产品。
  
  核酸提取仪仪
  
  核酸是生物的遗传物质,也是分子诊断的基石,传统的核酸提取方法一般会使用无机或者有机物裂解细胞,释放核酸,然后再使用一些方法对其进行分离,达到核酸提取的目的,比如热裂解、碱裂解、超声裂解等等。
  
  随着纳米磁珠、硅胶膜等材料的使用,核酸提取进入了自动化的时代,基于硅胶膜的柱离心法因为操作麻烦已经使用比较少了,基于磁珠的核酸提取方法成为主流。
  
  从产品设计上,核酸提取仪可以分为上吸式和下吸式,也就是通过转移磁珠完成提取的我们叫上吸式,转移液体完成提取的叫下吸式。
  
  从产品功能上,可以分为半自动核酸提取仪和全自动核酸提取工作站,前者使用预装板完成提取,需要手工加样和转移核酸,通量多以12的倍数为单位,12、24、36、48、96样本通量为主;比较流行的产品有GeneRotex全自动旋转核酸提取仪、NP968-S核酸提取仪、EX3600等等,这次新冠疫情过后,基本上各个PCR实验室都配备了核酸提取仪,而且也出现了很多的新产品,在设计和功能上更完善。
  

  全自动核酸提取工作站和半自动核酸提取仪的最大区别在于,全自动的工作站能够完成从样本到PCR上机前的所有操作(加样、提取、体系配置),以前的时候还需要手工开盖,现在各种分杯系统的上市,开盖都是机器操作了,更加智能。比较流行的品牌有天隆科技的9600E、圣湘的Natch CS、之江的Autrax等,进口的产品有罗氏的4800,PE、豪洛捷等品牌。

  
  PCR仪(系统)
  
  经历过前面的核酸提取之后,就进入到核酸检测的环节,这个环节的主要设计的仪器是PCR仪,PCR仪根据其功能可以分为以下3种:定性PCR仪、荧光定量PCR仪和数字PCR仪。
  
  定性PCR仪是最早的一个产品,主要的功能是根据设置好的温度梯度完成核酸的扩增,它的出现取代了最早PCR实验需要用梯度水浴锅的尴尬处境。简单来说这就是个“温控系统”,所以市场售价也比较便宜。比如Genesy-96T、iCyling 96梯度PCR仪、Life Touch基因扩增仪等。
  
  荧光定量PCR仪的组成相比较定性PCR仪升级最大的就是增加了光学系统,而且其扩增体系和PCR原理也有所不同,增加了荧光染料或者荧光探针,通过信号变化实时监控整个PCR的过程。把扩增和检测的功能集成到了一起,闭管反应,大大降低了污染的风险。这块国内做的好品牌有上海宏石、杭州博日、达安基因、天隆科技、雅睿、安杰思等,国外主流品牌有ABI、伯乐、罗氏、赛沛等等。
  
  在这里也教大家一个在实验室里区分定性PCR仪和定量PCR仪的方法,看它连不连电脑,一般定性的都是机器自己带屏幕,定量的需要连个电脑,仅供参考。
  
  数字PCR仪是PCR仪领域新兴的一个技术产品,主要特点是能够绝对定量、具有超高灵敏度,其采用了微流控+微纳米制造技术能够将溶液分散成单独的微反应单元,配合软件算法实现了真正的绝对定量。
  
  国外市场主要以伯乐、赛默飞的数字PCR为主流,国内数字PCR产业发展迅速,目前已经有杭州领航、新羿生物、臻准生物、顺德永诺、小海龟等一批企业和产品陆续上市。
  
  此前很多人问我说,你觉得数字PCR仪会取代荧光PCR仪么,我个人觉得不太可能,成本是一方面,另一方面是真正的临床应用并不一定需要这么精准的检测技术。而凭借数字PCR技术精准的优势,其应用领域未来会集中在移植排斥游离DNA监测、液体活检、NIPT等方向。就像杀鸡用菜刀,杀牛用电刀,非要用个电刀去杀鸡也没什么必要。
  
  基因测序仪器
  
  基因测序是当下比较火的分子诊断技术领域之一,通过尽可能多的得到被测物中的核酸序列,进而分析其能带来的价值,目前基因测序技术一定发展到第四代,第一代测序技术是非常经典的Sanger测序(双脱氧核苷酸末端终止测序法),目前市面还能看到的商品化产品有海尔施的呼吸道13联检,是Sanger测序配合毛细管电泳做的产品;
  
  第二测序技术目前应用最为广泛,其最显著的特点就是高通量,市场上主要的玩家是Illumina、华大基因等,当然基于再研发的服务类公司就很多了;
  
  第三代测序技术也叫单分子测序技术,它解决了一代和二代在测序前的文库制备和PCR扩增步骤,如果我们全流程来看分子诊断,三代之前的测序都是放在经过PCR仪器处理之后来完成,但是第三代测序技术就把测序放在了和荧光定量PCR仪平行的位置上,这个改变带来的最大好处就是测序技术的门槛降低,更加普适化。
  
  第四代测序技术严格意义上讲,其属于第三代技术的一个升级版,姑且可以叫第3.5代技术,但其带来的飞跃也是明显,主要体现在对检测设备的成本控制上,其采用了纳米孔检测技术,使得信号的捕捉不再依赖高速摄像机或者高分辨的CCD相机。
  
  基因芯片仪器
  
  基因芯片技术也可以叫核酸芯片、微阵列芯片等,是目前应用最为广泛的一种生物芯片技术,将设计好的核酸片段有序的固定在固相支持物上,然后是其与PCR扩增之后的产物进行杂交,通过检测信号来判读结果。
  
  基因芯片技术相比于荧光PCR技术而言,解决了检测靶标通量的问题,一张芯片能够集成非常多的检测靶点,这就使得这项技术在基因突变、细菌耐药方面具有极大的优势,现在主要的玩家有博奥、凯普、亚能、博晖创新等。
  
  原来基因芯片的临床应用多放在PCR4区进行,需要经过PCR扩增之后再拿去做杂交,而博奥、博晖创新等自动化产品的让基因芯片有了更大应用场景,自动化也是基因芯片未来的主航道。
  
  分子POCT仪器
  
  分子POCT仪器属于是当下比较火的细分领域之一,行业对其更多的期望是能够走出实验室,面向基层,面向临床科室市场,但是这一路其实并不好走。有兴趣的可以翻翻IVD从业者网的历史文章,有很多相关资料。
  
  分子POCT目前有几个热门技术方向:微流控、微液滴、芯片、核酸快检等等。主要已经上市的品牌有优思达、博奥晶芯、奥然、百康芯、万孚倍特等等,国内做的非常成功的有赛沛的GeneXpert系统、梅里埃的Flimarray系统等。
  
  核酸质谱仪器
  
  感觉分子诊断火了之后,很多细分技术和领域也跟着都火了,核酸质谱就是其中一个,质谱的原理就是将样品分子离子化,然后在电场中施加力的作用,使其分离,进而得到质谱图谱。
  
  核酸质谱使用的质谱电离技术主要还是采用ESI和MALDI,两个都是软电离,目前市面上的核酸质谱仪主要有安图的Autof ms1000、Clin-TOF II临床飞行时间质谱系统和中元汇吉质谱仪EXS3000等。
  
  分子FISH产品
  
  这是一个经常被遗忘的分子诊断细分领域,因为产品主要都应用在病理科,与主战场检验科隔行了,所以关注度并不高,市场上玩家也比较少。和PCR、NGS相比,FISH技术在染色体数目、结构异常、基因缺失、重排以及基因融合等方面具有独特的优势。
  
  FISH检测也是检测乳腺癌Her-2基因和肺癌ALK基因断裂的金标准,其适用的仪器设备主要是荧光显微镜。

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