建库的文库定量设备的选择

建库的文库定量设备的选择

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2026-10-12

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PART 01
( 文库定量背景 )

高通量测序(Next-Generation Sequencing, NGS)技术已深刻变革了基因组学、转录组学、肿瘤精准医学等研究领域。在NGS测序流程中,文库构建(建库)是连接样本制备与上机测序的关键环节。文库构建完成后,需对其浓度和片段大小进行准确定量,以确定合适的上机加载量。若文库定量不准确会直接影响测序质量。浓度过高将导致测序芯片上簇密度过大,信号串扰加剧,碱基识别错误率上升;浓度过低则簇密度不足,数据产出量减少,造成建库及测序试剂的浪费。因此,选择合适的文库定量设备和方法对于保证测序数据质量和实验可重复性至关重要。

文库定量的核心目标是准确测定可扩增且带有完整接头的文库分子浓度,因为仅有这类分子才能在测序平台上有效生成测序读段。不同的定量方法在检测原理、精度、通量和成本方面存在显著差异,需要根据实验目的、样本类型和实验室条件进行合理选择。以下是常见文库定量方法。

PART 02
( 文库定量方法 )
01
YEASEN
荧光定量法——Qubit荧光定量仪

设备概述:Qubit是Thermo Fisher公司推出的荧光定量仪系列,包括Qubit 3、Qubit 4和Qubit Flex等型号。其原理是利用与双链DNA(dsDNA)特异性结合的荧光染料,通过测量荧光信号强度来计算DNA浓度。

设备特点:操作简便,检测速度快,单次检测约5分钟即出结果;dsDNA荧光染料对dsDNA具有高度特异性,不受单链DNA、RNA和游离核苷酸干扰;灵敏度高,dsDNA高灵敏度(HS)检测下限可达0.01 ng/µL;Qubit Flex型号支持8通道同时检测,有效提高通量。另外,Qubit根据使用的染料不同,也有ssDNA检测以及RNA检测。

dsDNA操作方案:
1

取1-10 µL文库样本,根据样本量选择Qubit dsDNA HS或BR试剂

2
制备标准品并按比例配制荧光染料工作液
3
将样本与工作液涡旋混匀,室温避光孵育2分钟
4
取1-10 µL文库样本,根据样本量选择Qubit dsDNA HS或BR试剂
5

将样品管置入Qubit仪器进行荧光读数

图1 Qubit文库浓度检测操作流程

02
YEASEN
实时荧光定量PCR法——qPCR仪

设备概述:qPCR定量法通常采用Bio-Rad CFX96、Applied Biosystems QuantStudio系列及Roche LightCycler 480等仪器搭配对应的SYBR Green荧光染料进行定量。其原理是利用针对测序接头序列(如Illumina P5/P7接头)设计的特异性引物,通过qPCR选择性扩增含有完整接头的文库分子,经标准曲线换算获得文库摩尔浓度。

设备特点:该方法实现功能性定量——仅计数可被PCR扩增的文库分子,其结果与测序过程中实际产生簇的分子最为接近,被认为是文库定量的金标准;检测范围宽(可达6个数量级);可同步评估文库扩增效率,帮助判断文库质量。但操作步骤较多,整体耗时约1.5-2小时,需要标准品和PCR试剂,成本相对较高。

操作方案:
1

预估文库浓度后,将文库进行梯度稀释(通常为1:1000、1:2000、1:4000、1:8000四个梯度)

2

配制qPCR反应体系,包含 SYBR Green qPCR Master Mix、引物预混液和稀释后的文库或标准品

3

设置qPCR扩增程序并运行,实时采集SYBR Green荧光信号

4

根据标准品各浓度梯度的Ct值与已知浓度建立标准曲线(R²应≥0.99)

5

将各文库稀释样本的Ct值代入标准曲线,计算平均摩尔浓度,结合毛细管电泳测得的平均片段大小,最终换算为nM浓度

图2 qPCR实时荧光定量法操作流程

03
YEASEN
毛细管电泳法——Bioanalyzer/TapeStation/Fragment Analyzer

设备概述:此类设备基于毛细管电泳原理对DNA片段进行分离与检测,代表性设备包括Agilent Bioanalyzer 2100、Agilent TapeStation和AATI Fragment Analyzer。荧光染料嵌入DNA分子后,在电泳过程中按片段大小依次迁移并通过激光检测器记录荧光信号。

设备特点:一次检测可同时获得文库的片段大小分布和摩尔浓度信息,是文库质控的理想工具;能够清晰识别接头二聚体(约120-150 bp)、引物残留和异常峰型;片段大小数据是qPCR摩尔浓度结果的必要换算参数;自动化程度高,配套软件直接输出图谱和定量报告。但单次芯片/胶条成本较高,通量受制于样品孔数(Bioanalyzer每次11个样品,TapeStation每次16个样品),不太适合大批量纯定量需求。

操作方案:
1

取1-2 µL文库样本与上样缓冲液混合,可根据需要梯度稀释至1-5 ng/µL的工作浓度

2

将样品加入对应的高灵敏度DNA芯片(Bioanalyzer)或加载至ScreenTape胶条(TapeStation),同时加载分子量标准品

3

仪器自动执行电泳分离和荧光检测

4

配套软件自动分析电泳图谱,通过峰面积积分输出片段大小分布,标注主峰位置和浓度;同时可直观判断是否存在接头二聚体峰或异常峰型

图3 毛细管电泳操作流程

04
YEASEN
紫外分光光度法——NanoDrop

设备概述:NanoDrop系列(如NanoDrop One/OneC)由Thermo Fisher公司生产,基于紫外吸收原理,通过测量260 nm波长处的吸光度(A260),利用Beer-Lambert定律计算核酸浓度。部分型号(如OneC)同时支持微量比色杯检测模式。

设备特点:操作极其简便,无需任何试剂和耗材,单次检测仅需1-2 µL样本,检测耗时数秒;内置光谱分析功能,可同时读取A260/A280和A260/A230比值评估核酸纯度。但该方法测量的是样品中所有核酸(包括DNA、RNA、游离核苷酸和盐离子)的总吸光度,特异性差;对低浓度样本(<5 ng/µL)的检测灵敏度不足,定量精度无法满足精确上机需求。

操作方案:
1

用无核酸酶纯水清洗检测基座,并用纯水校准零点

2

取1-2 µL文库样本轻轻滴加至检测平台,降下光学臂形成液柱

3

仪器自动测量紫外全光谱(220-750 nm),计算浓度

4

记录浓度值,并查看A260/A280比值判断蛋白质污染情况,A260/A230比值判断有机溶剂和盐离子残留

图4  NanoDrop 紫外分光光度法操作流程图

表 不同方法的优缺点总结

定量方法

检测原理

特异性

灵敏度

检测通量

耗时

单次成本

最佳适用场景

Qubit
荧光法

荧光染料
结合dsDNA

高
(仅dsDNA)

高
(0.01 ng/µL)

中
(1-8通道)

~5 min

中

常规文库浓度定量

qPCR法

接头引物
特异性扩增

最高
(仅可扩增分子)

最高
(pM级别)

高
(96/384孔)

1.5-2 h

高

精确定量、珍贵样本

毛细管
电泳法

电泳分离+
荧光检测

高
(dsDNA)

高
(5 pg/µL)

低-中
(11-16样)

~30 min
(含分析)

较高

片段质控+浓度检测

NanoDrop
紫外法(不建议)

紫外吸收
(A260)

低
(所有核酸)

低
(~2 ng/µL)

高
(单样品)

数秒

极低

快速粗略评估

PART 03
( 方法总结 )

qPCR法是目前文库定量的金标准,其功能性定量结果与测序上机效果最为一致,尤其适用于珍贵临床样本、低浓度文库以及对数据质量要求严格的项目。缺点在于操作流程复杂、耗时长、试剂成本较高,对实验操作人员的技术要求相对较高。

Qubit荧光法在精度与便捷性之间达成了良好平衡,检测速度快、操作简单、准确度较高,适合大多数常规建库场景的浓度定量,也是目前实验室使用最广泛的定量方法之一。其不足之处在于无法区分带有完整接头的功能性分子与非功能性片段(如接头二聚体等),定量结果可能略高于实际可测序分子数。

毛细管电泳法最大的优势在于同时提供片段大小和浓度信息,是文库质控体系中不可替代的工具。建议在定量前务必用电泳法确认片段分布和纯度的良好状态(如无接头二聚体峰、主峰单一且分布集中),再结合其他方法进行浓度精测。

NanoDrop紫外法操作简便、零耗材成本,适合建库过程中各中间步骤的快速浓度监控,但不建议作为最终上机定量的依据,因为其非特异性吸收可能导致定量结果显著偏高。

PART 04
( 实践建议 )
在实际工作中,推荐采用"三步组合策略"以提高效率与准确性:
1

先用NanoDrop或Qubit进行快速浓度初测,判断文库浓度级别并确定稀释倍数

2

再用毛细管电泳(如Bioanalyzer或TapeStation)确认片段大小分布和纯度,确保无接头二聚体等杂峰干扰

3

最后用qPCR进行功能性精确定量,结合电泳所得平均片段大小,计算最终上机所需摩尔浓度。该组合方案兼顾了效率、成本与准确性,能最大程度保证测序数据质量和实验重复性

PART 05
( 翌圣生物产品推荐 )

定量系列产品

试剂盒

主要应用

产品特点

dsDNA定量

12642ES

双链DNA定量,搭配qubit仪器使用

1、荧光染料法定量双链DNA;

2、定量范围:0.2-100 ng;

3、预混版定量试剂,含标准品

dsDNA定量

12643ES

双链DNA定量,搭配qubit仪器使用

1、荧光染料法定量双链DNA;

2、定量范围:2-1000 ng;

3、非预混版定量试剂,含标准品

ssDNA定量

12645ES

单链DNA定量,搭配qubit仪器使用

1、荧光染料法定量单链DNA;

2、定量范围:1-200 ng;

3、非预混版定量试剂,含标准品

4、用于MGI测序仪上机前文库Make DNB定量

Qubit定量管

83509ES

搭配qubit检测仪使用

配合主流Qubit荧光仪使用,产品无菌,无DNase、RNase污染,无热原污染。

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