羅氏LightCycler® PRO系統技術介紹

一、系統概述

LightCycler® PRO 系統是羅氏診斷公司基于多年實時熒光定量PCR（Real-Time Quantitative PCR, qPCR）技術研發經驗推出的一款集性能穩定、分析能力全面、流程智能化于一體的定量PCR平臺。該系統主要面向科研機構、臨床實驗室、生物制藥企業等單位，用于基因表達定量、基因分型、拷貝數變異檢測、病原體篩查及個體化用藥研究等方向。

LightCycler® PRO 系統在設計上延續了羅氏LightCycler系列的熒光檢測技術與模塊化架構，融合自動化樣本處理、高精度熱控技術及靈活的軟件控制平臺，支持多種樣本類型與反應體系，具備中高通量檢測能力。

二、系統構成與功能模塊

LightCycler® PRO 系統由以下幾個核心組成部分構成：

1. 熱循環模塊（Thermal Cycler）

該模塊是實現PCR擴增反應的核心單元，配備先進的半導體熱電技術，支持快速升降溫與溫控精度保障。

• 反應孔數：標準96孔格式（兼容部分Fast孔板）

• 溫控范圍：4°C – 99°C

• 升降溫速率：最高可達4.8°C/s

• 溫控精度：±0.2°C

熱循環系統采用鋁合金均熱板與精準探針監測技術，提升反應一致性與可重復性，適應復雜基因體系的擴增需求。

2. 熒光檢測系統（Optical Module）

LightCycler® PRO 系統配置多通道熒光信號檢測通道，基于高靈敏CCD或PMT組件，結合濾光片組可實現不同熒光染料的獨立通道檢測，支持SYBR Green、TaqMan、MGB、Scorpion、Molecular Beacon等多種熒光標記方法。

• 熒光通道數：4–6個可選

• 檢測靈敏度：低至1拷貝/反應（依試劑體系而定）

• 背景抑制：具備自動增益控制與背景校正算法

• 兼容染料示例：FAM, VIC, ROX, Cy5, HEX, Texas Red等

3. 軟件控制與分析平臺

LightCycler® PRO 搭配專屬軟件套件，支持實驗方案設計、數據實時監控、圖譜生成與統計分析，具有圖形化操作界面和權限管理功能。

主要功能模塊包括：

• 擴增曲線繪制與Ct值自動判讀

• 熔解曲線分析（Melting Curve Analysis）

• 標準曲線法定量與相對表達分析

• 基因分型（Genotyping）

• 拷貝數變異檢測（CNV）

• SNP分析與群體比較

• LIMS系統對接與批處理導出

數據可導出為CSV、Excel、PDF等格式，便于后期整合、共享或歸檔管理。

三、技術特性與性能指標

1. 熱循環均勻性

LightCycler® PRO系統在熱循環控制方面采用雙溫探針實時反饋與PID調節機制，可有效控制孔間溫差與時間偏差。孔板邊緣與中心位置的擴增效率一致性表現良好。

• 孔間最大溫差：<0.4°C（測試條件下）

• 重復性Ct標準差：<0.15（相同模板條件下）

2. 擴增動態范圍

系統具備廣泛的擴增動態范圍，能夠檢測從1拷貝至10^9拷貝/反應的DNA模板，適用于低豐度RNA檢測與高表達基因分析。

• 線性范圍：> 9 log數量級

• 檢測極限：<10 copies（結合配套試劑）

3. 多重PCR兼容性

支持最多6重目標基因同時檢測，適用于病原譜篩查、多基因調控研究、miRNA表達定量等多重分析實驗。

• 熒光串擾修正算法：自動進行信號解卷積與參考染料標準化處理

• 模板類型支持：gDNA、cDNA、RNA、質粒、病毒DNA/RNA等

四、典型應用場景

LightCycler® PRO系統可適用于多種實驗室應用領域，涵蓋從基礎科研到臨床轉化的多個階段。

1. 基礎科研

• 基因表達水平差異分析（e.g., ΔΔCt法）

• miRNA定量檢測與功能分析

• 表觀遺傳學（甲基化狀態）檢測

• RNA干擾實驗驗證與小分子靶點篩選

2. 臨床研究與疾病標志物評估

• 癌癥早期篩查（ctDNA、cfDNA定量）

• 傳染病病原體核酸檢測（如HIV, HPV, HBV等）

• 自身免疫病相關基因表達分析

• 精準用藥（Pharmacogenomics）基因型檢測

3. 藥物開發與生物制品質量控制

• 疫苗臨床前動物實驗中的病毒載量監測

• 生物制劑殘留DNA含量檢測

• 穩定性試驗中基因表達水平定點監控

• 拷貝數一致性與批間變異控制

4. 公共衛生與食品安全

• 食品中致病微生物快速篩查

• 轉基因成分定量分析

• 飲用水和農產品中特定核酸污染檢測

五、配套耗材與試劑體系

為保障實驗流程一致性，羅氏提供完整的配套試劑和耗材體系：

• 反應試劑盒：SYBR Green I Master, Probe Master, UPL系統等；

• PCR耗材：96孔/384孔反應板、封板膜、反應管、封口膜；

• 引物探針設計支持：UPL設計工具、參考數據庫；

• 標準模板與質控品：便于構建標準曲線或Ct漂移監控；

所有配套試劑均經驗證可適用于LightCycler® PRO系統，避免因耗材變動引發的系統漂移或反應效率不一致。

六、操作流程與培訓機制

LightCycler® PRO系統采用模塊化工作流程，操作簡便，適合具有基礎分子實驗經驗的操作人員使用。

操作流程簡要如下：

1. 樣本制備：提取DNA/RNA，必要時進行反轉錄；

2. 試劑準備：配置Master Mix，加入模板與引物探針；

3. 反應設置：裝載PCR板，設置程序參數；

4. 實時監控：通過軟件查看擴增進度、Ct值與熔解曲線；

5. 結果分析：自動分析模塊完成定量計算與分型判讀；

6. 數據導出與存檔：保存至本地、服務器或LIMS系統。

羅氏同時提供技術培訓服務，包括線上模塊教學、現場演示、使用手冊與遠程協助，協助實驗人員快速掌握系統操作。

七、質量控制與維護建議

為了確保長期使用中的穩定性與性能一致性，建議實驗室按照以下原則對LightCycler® PRO系統進行定期維護：

• 每日清潔：鏡頭窗口與熱蓋需保持潔凈；

• 每月校準：熒光信號校準與熱控模塊驗證；

• 年度維護：聯系技術工程師進行整機檢查與軟件更新；

• 運行日志記錄：便于追蹤歷史參數變化與運行趨勢；

• 軟件權限管理：防止操作配置誤改與數據丟失；

系統內置日志功能可自動記錄運行狀態、程序修改與使用者信息，有利于實驗室溯源管理和質量審核。

八、結語

LightCycler® PRO 系統作為羅氏診斷在qPCR技術體系中的重要產品之一，集成了熱控、光學、軟件與數據管理等多方面功能，滿足了多樣化科研與臨床研究對數據質量、流程效率與靈活應用的需求。在持續發展的分子檢測技術環境下，系統化、標準化的qPCR平臺為生命科學研究提供了重要支持。