《Analytica Chimica Acta》:In-house validation of a droplet digital PCR system using a multifactorial experimental design

【字体: 时间:2025年05月13日 来源:Analytica Chimica Acta 5.7

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  为解决数字PCR(dPCR)技术在食品饲料安全分析中缺乏标准化验证方法的问题,研究人员采用多因素实验设计对Bio-Rad QX200液滴数字PCR(ddPCR)系统进行系统性验证。通过建立反映泊松过程的统计模型,证实该系统在DNA拷贝数定量中具有高精度、灵敏度和鲁棒性,同时发现ddPCR预混液选择是影响准确性的关键因素。该研究为dPCR技术标准化应用提供了可推广的验证框架。

在食品安全和医学诊断领域,数字PCR(digital PCR, dPCR)技术因其无需校准曲线即可实现核酸绝对定量的特性,正逐步成为行业新宠。然而,这项技术的广泛应用却面临着一个关键瓶颈——缺乏标准化的验证方法。国际标准如ISO/IEC 17025和ISO/IEC 15189对检测方法有严格的验证要求,但针对dPCR系统的验证框架尚未完善。特别是在食品饲料安全分析领域,虽然dPCR已成功应用于转基因生物(GMO)检测、过敏原筛查和病原体定量等场景,但仪器性能的准确评估仍是制约其标准化应用的短板。

针对这一挑战,来自某研究机构的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表了一项开创性研究。他们以Bio-Rad QX200液滴数字PCR(droplet digital PCR, ddPCR)系统为研究对象,通过创新的多因素实验设计,开发了一套完整的系统验证方案。这项研究不仅揭示了影响检测准确性的关键因素,还建立了反映ddPCR核心机制——泊松过程的统计模型,为dPCR技术的标准化应用扫清了障碍。

研究团队采用了三项关键技术方法:首先运用多因素实验设计,系统评估操作人员、引物探针系统、限制性内切酶等变量对结果的影响;其次采用两种经认证的参考物质(ERM-AD623和ERM-AD483)在宽浓度范围内验证系统性能;最后基于泊松分布原理建立统计模型,克服了传统分析方法的局限性。

【General Study design】部分显示,研究分为三个阶段递进开展。第一阶段使用ERM-AD623参考物质建立基础数据;第二阶段扩展测试不同DNA浓度和实验条件;第三阶段用ERM-AD483系列验证前期发现。这种阶梯式设计确保了结论的可靠性。

【Factorial Effects】部分得出关键结论:操作人员、引物探针系统等因素对结果影响微小(1%-4%),而ddPCR预混液选择("Supermix for Probes (no dUTP)")和液滴体积计算方法是决定准确性的核心因素。这一发现为实验方案优化提供了明确方向。

【Discussion】部分强调,该研究首次系统验证了QX200系统在宽浓度范围内的精度、灵敏度、均一性和鲁棒性。特别值得注意的是,研究提出的液滴稳定化处理程序可显著提高数据质量,而创新的统计模型能准确反映ddPCR的泊松测量机制,这一模型框架可推广至其他dPCR技术平台。

这项研究的科学价值体现在三个维度:技术上,明确了影响ddPCR性能的关键参数;方法学上,建立了可推广的验证框架;应用层面上,为dPCR技术在食品安全、临床诊断等领域的标准化应用铺平了道路。研究团队特别指出,ddPCR作为基于计数的SI可溯源测量方法,在计量学应用如参考物质定值方面具有独特优势。随着核酸定量在精准医疗和食品安全监测中的重要性日益凸显,这项研究成果将为提升检测结果的可比性和可靠性做出重要贡献。

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