蓬勃发展IVD, 5倍+速度助力引物探针开发

分子诊断作为体外诊断（IVD）域发展迅速的细分行业，具有检测时间短、灵敏度更高、特异性更强等优势，被广泛应用于传染性疾病、血液筛查、遗传性疾病、肿瘤伴随诊断等域。

1、分子诊断技术

分子诊断是指以DNA和RNA核酸为诊断材料，使用分子生物学技术检测人体是否携带病毒基因、是否存在缺陷基因以及是否存在表达异常。 分子诊断是预测诊断的主要方法，既可以实现个体遗传病的诊断，又可以实现肿瘤早筛。

分子诊断大致可分为PCR技术、基因测序、荧光原位杂交和基因芯片等。

图1：分子诊断技术的分类

目国内分子诊断细分赛道市场**占比分别为：PCR(40%)，分子杂交（35%），生物芯片（16%），其他（9%），PCR技术占据了分子诊断半壁江山。

（根据智研咨询/国元证券研究中心数据调研）

肆虐全球的疫情是分子诊断行业发展的催化剂，而PCR技术是分子诊断中十分常用的检测手段，作为确诊疫情的“标准”。

2、PCR聚合酶链式反应

PCR（Ploymerase chain reaction）,即聚合酶链式反应的缩写，一种核酸（DNA或RNA）体外扩增技术。利用DNA双链复制的原理，能在短时间内将及微量的特定核酸片段复制出百万份的拷贝，从而实现对其微量的DNA或RNA片段进行定量。

图2：PCR反应过程

PCR技术由1983年Kary Mullis初创，被广泛运用在产诊断（如乙肝病毒筛查）、肿瘤早筛（如HPV人乳头瘤病毒检测）、传染病检测（如HIV艾滋病病毒检测）、呼吸疾病检测基因检测(如亲子鉴定)等诊断。

图3：核酸检测案例

体外诊断RT-PCR试剂盒中包含了模板双链DNA、一对特定序列的引物、一个带有检测基因的探针、DNA聚合酶、底物dNTP、缓冲溶液等，那么如何确保DNA能顺利进行特异性扩增？又如何正常标记？引物和探针的寡核苷酸原料不可缺少。

图4：PCR反应试剂原料

引物和探针的寡核苷酸原料不可缺少。

上文提及的引物、探针，和酶等都是IVD原料，即用于制备IVD产品的材料，其品质对IVD产品的性能和检测准确度影响大，因此上游环节在IVD产业链中话语权十分强。

然而，长时间以来IVD原料生产一直是我国IVD产业中的卡脖子环节。IVD原料市场需求不断增长，但其背后的核心技术并未取得相同幅度的进。由于IVD原料的研发难度较高，国产IVD原料在生产工艺及纯度质量上仍与进口原料存有差距。

随着我国IVD原料企业投入大量资金开展基础研究与开发工作，其研发创新能力与原料工艺质量不断提升。那么我们先来了解一下，生产这些上游原料的要点及难点。

引物

引物的特异性是PCR特异性的关键，引物是具有独特靶向序列的短链寡核苷酸片段，帮助识别基因组的独特性。通过引物特异性结合在目标区域，作为DNA复制开始时DNA聚合酶的结合位点。不纯的引物不但会直接影响RT-PCR的特异性和定量不准，还会影响后续的测序实验。

引物不纯可能会导致：

1)非特异性扩增；

2)无法用预先设计在引物5′端酶切位点的酶切开，特别是没有保护碱基的引物；

3) 用于测序出现双峰或乱峰。

图5：引物

探针

TaqMan荧光探针是一种具有荧光基团的特定寡核苷酸片段，通过检测荧光分子的信号强度即可知道PCR产物扩增量，每扩增一条DNA子链，就有一个荧光分子发出信号。

图6：Taqman探针

无论是PCR反应还是NGS测序等核酸水平的分子诊断技术，都需要良好的引物和探针，确保诊断的灵敏度和准确性。必须对合成后的寡核苷酸片段进行纯化处理，得到符合纯度要求的PCR试剂盒的原料，再销售至下游生产核酸试剂盒的厂家。

3、如何得到良好或高纯度的引物探针？

引物/探针等寡核苷酸通过自动核酸合成仪合成之后，需要通过不同的分离纯化方式（比如脱盐过柱法或RP-HPLC方法）。

图7：HPLC纯化

RP-HPLC制备型反向液相色谱法是引物/探针常用的纯化方法之一，其优点是纯度高（高达99%）、自动化程度高。纯化后需要使用相关的溶剂蒸发设备去除其有机溶剂（如乙腈、甲醇、水等）后，一般包装至EP管或者96孔板中。

然而，使用传统浓缩方法去除这些溶剂时，如果控制不当，未必能使全部溶剂蒸发，会影响引物和探针的一致性和纯度。

为防止样品暴沸，需要在溶剂蒸发过程的控制好抽真空速率，Genevac大容量核酸合成浓缩仪（图7）利用控制真空度和离心力，可以有效防止暴沸避免交叉污染。

图8：真空离心浓缩仪

4、争分夺|分子诊断的新趋势

随着核酸检测常态化发展，大量的试剂盒被用于每日的核酸检测。分子诊断新趋势是更快，更准！

采样快速——5月9日，国务院联防联控机制提出，大城市要建立步行15分钟核酸“采样圈”。

检测快速——截至5月12日，上海市的核酸检测能力现在也达到了每天800万管以上。

(数据来源：央视新闻)

5、为上海市复工复产做准备

按照六月以后复工复产的要求，每人每周需要进行两次的核酸检测，根据上海市常住人口数量2500万，除去退休人员，小孩子，无业人员，至少有60%的人员需要参加这些检测，也就是说每天至少消耗越428万管的检测试剂。

面对日均如此大需求量的检测试剂盒，上游原材料的质量和供应速度应该同幅度增长，在引物和探针的制备过程中，使用高通量的真空离心浓缩设备可以大幅度提高生产效率，溶剂蒸发的速度起到四两拨千斤的作用。

接下来介绍一款大容量核酸合成浓缩仪miVac Quattro，它的样品通量是传统的氮吹浓缩仪的5倍+，大幅度提高了蒸发容量和节约蒸发时间。在核酸合成中十分常用的1.5ml EP管可以同时浓缩200位样品，另外兼容96孔板，多可同时容纳20个浅孔微孔板或8个深孔板。

图9：miVac Quattro大容量核酸合成浓缩仪

图10： 多样的转子类型

提高浓缩速度的秘诀是提高热传导率。

下图使用不同条件下的样品浓缩速度，Genevac通过一系列措施促进热量向样品传导，在浓缩速度上有显著提升，助力引物/探针试剂生产。

图11：不同条件下的提升浓缩速度

①实心铝制转子——相比塑料转子或空心转子，独特的实心铝制转子具有良好的热传导效果，即使在真空条件下也能有效传递热量。

②腔体预热功能——结合腔体预热功能，能有效提升浓缩速度。

③效率更高SpeedTrap™冷阱——新型的冷阱线圈制冷，能冷凝回收95%以上的有机溶剂。

图12：Speedtrap冷阱

一款安全、可控、快速、高通量的浓缩仪，可以更大程度地减轻工作负担，助力生产更好的IDV原料，用户仅需设置温度，一键选择醇或水的方法，然后按下启动键即可使用。

寡核苷酸除了在IVD中扮演重要角色，现在作为创新药的热门选手，也承载了很多科研人员的希望，下一期我们就来聊聊Oligo药物筛选的那些事。

原理介绍：

Genevac miVac是由离心腔、冷阱、真空泵三部分组成真空离心浓缩仪，用于对寡核苷酸、核酸等样品进行浓缩、纯化、干燥，适用于oligo合成、RNA/DNA制备、肽制备、测序、分子生物学和ADME/毒理学研究。

抽真空：利用压力降低时，溶剂的沸点也随着降低。使生物样品能在较低的温度条件下进行溶剂蒸发。加快蒸发效率的同时，可防止热敏感样品失活。

离心：为了避免样品暴沸和交叉污染，采用高速离心旋转技术，离心力的作用下可以有效防止暴沸和样品损失，干燥后的溶质沉积在容器的底部，便于样品的回收。

热量：加速样品的蒸发速率。

英国GeneVac公司成立于1990 年，隶属SP Scientific 旗下，一直注于研究和生产各种离心蒸发浓缩设备，不断为生命科学提供更沿的解决方案。

原创作者：德祥科技有限公司