熒光定量 PCR（qPCR）檢測低濃度樣本時，靈敏度受限于模板量少、擴增效率低、背景信號干擾等問題。通過優化樣本處理、反應體系、擴增策略及儀器參數，可提升檢測靈敏度。

以下從6 個核心維度詳細說明具體方法：

一、樣本制備：減少模板損失與抑制物干擾

低濃度樣本（如痕量核酸）的模板提取效率和純度是提升靈敏度的基礎，需重點優化：

• 高效提取純化：選擇針對低濃度樣本的提取試劑盒（如磁珠法、柱提法），其通過特異性吸附核酸、減少洗脫體積（如從 50μL 降至 20μL），可將核酸回收率提升 30% 以上；避免使用酚 - 氯仿法（易殘留抑制劑）。

• 去除抑制物：樣本中若含多糖、蛋白、腐殖酸等抑制劑（常見于土壤、血液、糞便樣本），會顯著抑制 Taq 酶活性。可通過以下方法去除：

? 提取后加入BSA（1-2 μg/μL） 或甘油（5%-10%），競爭性結合抑制劑；

? 采用核酸純化柱二次純化，或用 DNase/RNase-free 水稀釋樣本（降低抑制劑濃度）。

• 模板濃縮：對體積較大的低濃度樣本（如腦脊液、尿液），可通過乙醇沉淀（加糖原作為載體）或真空濃縮儀濃縮，將模板濃度提升 5-10 倍（注意避免過度濃縮導致抑制劑富集）。

二、反應體系優化：提升擴增效率與信號特異性

低濃度模板擴增時，需通過優化體系組分減少非特異性反應，增強目標信號：

• 引物與探針設計：

? 引物：長度 18-25 bp，GC 含量 40%-60%，避免二級結構（ΔG > -6 kcal/mol）和引物二聚體（可通過 Primer-BLAST 或 Oligo 軟件驗證）；擴增片段長度控制在80-150 bp（短片段擴增效率更高，尤其適合低模板量）。

? 探針：優先選擇TaqMan 探針（比 SYBR Green 特異性更高，背景信號低），熒光基團選用量子點或 Alexa Fluor 等強熒光分子，淬滅基團用 BHQ（淬滅效率高于 TAMRA）；探針濃度優化至 0.2-0.4 μM（過高易形成探針二聚體）。

• 酶與 dNTP 優化：

? 選擇高保真、高擴增效率的熱啟動酶（如 Taq 酶的突變體，如 Platinum Taq），其在高溫下激活，可減少低溫時的非特異性擴增；酶濃度可適當提高（常規 1.25 U / 反應→1.5-2 U / 反應）。

? dNTP 濃度調整為0.2-0.3 mM（過高會抑制酶活性，過低則限制擴增），并添加 dUTP（結合 UNG 酶可減少 PCR 產物污染）。

• 反應體積縮減：將常規 20 μL 反應體系縮減至 10 μL 或 5 μL，模板相對濃度提升 2-4 倍，同時減少試劑背景干擾（需使用低吸附 PCR 管，避免模板吸附損失）。

三、擴增策略：增強低模板擴增效率

針對低濃度模板的 “擴增瓶頸"，可采用特異性更強的擴增策略：

• 巢式 / 半巢式 qPCR：

? 第一輪用外側引物擴增（20-25 循環），產物作為第二輪 qPCR 的模板（用內側引物），通過兩輪擴增富集目標片段，靈敏度可提升 10-100 倍（需注意避免交叉污染）。

• 數字 PCR（dPCR）耦合：

若實驗室有數字 PCR 儀，可將低濃度樣本通過 dPCR 進行絕對定量。dPCR 通過將樣本分散至數萬微孔，實現單分子擴增，避免傳統 qPCR 的 “指數擴增偏差"，對 fg 級模板的檢測靈敏度比 qPCR 高 1-2 個數量級（尤其適合拷貝數變異檢測）。

四、儀器參數：增強信號檢測靈敏度

qPCR 儀的光學系統和溫控精度直接影響微弱信號的捕捉，需針對性調整：

• 光學模塊優化：

? 選擇具有高靈敏度 PMT（光電倍增管） 或CCD 成像系統的儀器（如天能Tanon 化學發光成像系統），其可檢測低至 0.1 熒光單位的信號變化。

? 調整熒光檢測增益值（Gain）：在儀器軟件中提高目標熒光通道的增益（如 FAM 通道），增強信號強度（需同時檢測空白對照，避免增益過高導致背景噪音增加）。

• 循環參數調整：

? 延長退火 / 延伸時間：低濃度模板結合引物的概率低，可將退火時間從 30 秒延長至 45-60 秒，延伸時間從 30 秒延長至 60 秒（適用于長片段，但需避免酶活性衰減）。

? 增加循環數：常規 qPCR 循環數為 40，低濃度樣本可增加至 45-50 循環（需設置陰性對照，排除非特異性擴增累積）。

五、減少污染與背景信號

低濃度樣本擴增時，微量污染（如氣溶膠、交叉污染）或非特異性擴增的影響被放大，需嚴格控制：

• 實驗環境分區：將樣本制備區、反應體系配置區、擴增區分離，使用獨立移液器和耗材（如帶濾芯吸頭）。

• 抑制非特異性擴增：

? 反應體系中加入UDG 酶（尿嘧啶 - DNA 糖基化酶） 和 dUTP，擴增前 37℃處理 10 分鐘，降解含 dUTP 的污染產物。

? 優化退火溫度：通過梯度 PCR 確定最高特異性退火溫度（通常比 Tm 低 3-5℃），減少引物二聚體和非特異性條帶。

六、數據處理：降低隨機誤差

低濃度樣本的擴增曲線波動較大，需通過數據處理提高可靠性：

• 增加技術重復：每個樣本設置 3-5 次技術重復，通過平均值減少隨機誤差（避免單一重復的假陰性）。

• 優化閾值（Ct 值）設定：手動調整閾值至擴增曲線的指數期早期（避免進入平臺期），確保低濃度樣本的 Ct 值被準確捕捉（而非被背景信號掩蓋）。

總結

提升低濃度樣本 qPCR 靈敏度的核心邏輯是：模板保留→增強擴增特異性→優化信號檢測→控制背景干擾。實際操作中，可優先從樣本提取（如磁珠法 + 濃縮）和反應體系（如熱啟動酶 + 巢式 PCR）入手，結合儀器參數調整，通常可將檢測下限從 ng 級提升至 pg 甚至 fg 級，滿足痕量核酸檢測需求（如病毒早期感染、微量腫瘤 DNA 檢測等場景）。