一文读懂PCR技术如何检测Covid-19新冠病毒

由 judy 提交于周三, 6 五月 2020 - 14:06

随着新型冠状病毒（2019-nCoV）的全球蔓延，四月底全球累计确诊病例已经超过300万，全世界人民的人身安全受到了极大的威胁，经济发展也遭遇了前所未有的挑战。为了尽快打赢这场防疫阻击战，如何快速、准确地检测出病毒是关键。

目前，采用RT-PCR技术检测新冠病毒核酸是最为主流的方法，截至2020年3月25日，在国家药监局备案并上市的核酸检测试剂已经有11种。

那么，

到底什么是PCR技术？

它是如何检测新冠病毒的？

怎样才能保障PCR设备迅速、稳定、可靠地完成新冠病毒检测呢？

这里为你做简单介绍。

什么是PCR？

1. 定义

PCR（polymerase chain reaction）是在DNA聚合酶的催化下，以母DNA为模板，以特异性引物为延伸起点，通过变性、退火、延伸等步骤，用父链模板DNA在体外复制互补DNA子链。

它是体外合成DNA的扩增技术之一，能在体外快速特异扩增出任何目的的DNA。这种扩增方法，每个循环得到的DNA都是上一循环的两倍，那么循环10次DNA就能扩增1000倍，循环30次就能达到10亿倍。

因此，我们可以利用PCR技术，对患者的生物样本中的目标DNA进行扩增，荧光设备实时监测PCR过程中产生的DNA分子，如果样本中含有病毒（目标DNA或者RNA反转录形成的cDNA），就可以被迅速、准确地监测出来。

2. 反应要素（组成成分，试剂）

利用PCR技术进行核酸检测的样本（即试剂，见下图）由耐热聚合酶、引物、原料、缓冲液Mg2+离子、目标DNA（模板）等主要要素组成。其中模板即是要检测的病毒。
<img alt="利用PCR技术进行核酸检测的样本" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6d1c29b4-1763-46f8-abe2-b791c7f0a895" src="/sites/default/files/inline-images/01_36.png" /><img alt="利用PCR技术进行核酸检测的样本" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0a1b9b0d-81d8-49b1-a7b0-31aa297d22b4" height="152" src="/sites/default/files/inline-images/02_38.png" width="631" />
3. 反应过程

从患者采集的生物样本放入PCR设备对目标DNA进行扩增的反应包括以下不断循环的三个步骤：变性、退火、延伸。
<img alt="反应过程" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="135d408a-a011-4f54-9de5-1de360c287da" height="237" src="/sites/default/files/inline-images/03_31.png" width="690" />
从上图可以看出，每个步骤都需要将温度控制在指定的范围：

Step 1. 95℃（1分钟）：

通过加热将模板DNA的氢键断开，形成单链。

Step 2. 55℃（45秒）：

温度降至55摄氏度左右时，引物将与互补序列结合。

Step 3. 72℃（1分钟）：

当一个PCR循环结束时，目标DNA增加两倍。

反复的变性、退火和延伸循环，会使得DNA呈几何级数扩增。

4. PCR设备的演变

老式的手动PCR设备使用油浴加热来控制温度，很难满足像Covid-19这样的疫情控制需求。现代化的自动加热温控PCR设备，必须具有更高的温度控制精度和更快的热响应。
<img alt="PCR设备的演变" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="eda6aaf6-862a-44fd-b7b8-28ff8b88e3e4" height="355" src="/sites/default/files/inline-images/04_27.png" width="692" />
PCR技术在新冠病毒检测中的实际应用

1. 检测步骤
<img alt="检测步骤" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="05c2a03f-61e1-4633-aa62-59719b19e134" height="460" src="/sites/default/files/inline-images/05.PNG" width="534" />
2. 核酸数量计算方式与结果判断

核酸数量N=N0*2^t

<ul>
<li>N0：起始体系中的模板量（目标DNA 或者RNA经过反转录形成的cDNA）</li>
<li>t：循环数。</li>
<li>Ct值：到达某一特定荧光强度的循环数。</li>
</ul>

Ct值越小，说明体系中最初的模板量越大。
<img alt="检测步骤" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f249fa59-5ce9-489f-934b-9765f4f129aa" height="212" src="/sites/default/files/inline-images/06_19.png" width="659" />
村田NTC在PCR设备中的应用

由于PCR反应过程需要急速升温、降温，所以需要用到快速响应、能够承受冷热冲击的NTC来监测温度，从而保证扩增的顺利进行。

目前，我司的引线型NTC（NXF系列）产品凭借快速的温度响应与出色的可靠性（耐冷热冲击），已经被多家客户用于PCR设备/系统中。

1. 村田引线NTC的杰出性能
<img alt="热偶参照测试中村田NXF系列NTC与竞争对手产品相比热响应更快，偏移更低" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="56cb1462-eb29-43ac-a7db-9d2f2931e86c" height="304" src="/sites/default/files/inline-images/07_13.png" width="666" />
热偶参照测试中村田NXF系列NTC与竞争对手产品相比热响应更快，偏移更低。
<img alt="村田NTC在热冲击测试中展示出优异的稳定性" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="49f47736-25f4-4ca6-888b-72162b91fea2" height="311" src="/sites/default/files/inline-images/08_13.png" width="659" />
村田NTC在热冲击测试中展示出优异的稳定性。

2. NTC的安装位置

引线NTC被安装在铝管支架上，用来监测和管控每个试管样本的温度。
<img alt="NTC的安装位置" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6fae10f9-1051-4901-a2a2-a3c92202ea7b" height="195" src="/sites/default/files/inline-images/09_11.png" width="671" />
3. NTC的搭载数量

NTC的搭载数量取决于测量设备的检测能力，一般为16~20pcs/set。

相关产品型号和规格

以上就是PCR反应的基本原理和在2019-nCov新冠病毒中的实际应用，以及村田NTC的实际使用方法。

村田NTC热敏电阻中，推荐PCR设备使用NXF系列适合消费级产品的型号，即料号：NXFT15*****FEAB***系列。

1. 村田NTC NXF系列产品

2. 产品电气特性

免费样品申请

如果您对村田的引线型NTC感兴趣，村田制作所现备有部分样品可供工程师免费申请，请长按以下二维码进入申请页面：

想了解村田NTC NXF系列8种型号之间的区别，或者希望得到相关技术支持，请与村田工程师取得联系。

联系人员 
Lianghao Peng/彭良浩 
penglianghao@murata.com

（村田NTC样品）

3. 热应答性特性

4. 外形尺寸

了解NXF系列/NTC热敏电阻产品详情：<a href="https://www.murata.com/zh-cn/products/info/thermistor/ntc/2017/0724 ">https://www.murata.com/zh-cn/products/info/thermistor/ntc/2017/0724&nbs…;

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* 本文部分内容参考: <a href="https://www.bilibili.com/video/av86114339">https://www.bilibili.com/vid…;