基于荧光法的DNA浓度测量方法研究

DNA浓度测量在分子生物学中具有重要的应用价值。传统的基于吸光度法测量灵敏度低，需要试剂量大，为解决该问题，本文构建了基于荧光检测的高灵敏度微型DNA浓度测量系统。选取光源为中心波长505 nm激光模组，通过将SYBR Green I染料与DNA混合，研究了荧光强度与DNA浓度之间的量化关系。结果表明，DNA浓度在1~16 ng/μL范围内，与其荧光强度呈线性关系，相关系统高达0.994。本研究为小型DNA浓度测量系统的开发奠定了实验基础。

DNA 浓度测量在基因组学研究中至关重要。因为它提供了关于DNA 样品纯度和浓度的关键信息。

随着科技的不断发展，我们目睹了多种先进技术的涌现。毛细管电泳[1]通过高分辨率的分离为我们提供了更为准确的浓度信息， 而纳米孔测序技术则在实时监测DNA 浓度方面取得了显著的突破。

微流控芯片技术[2]的崛起使得在微小尺度上进行高通量的DNA 测量成为可能，同时，结合人工智能和机器学习[3]的应用，研究人员能够更加智能地解析和利用庞大的测量数据[4]。这些创新性的技术不仅提高了测定的精度和敏感性，也为科学家们在基因组学、医学研究以及生命科学领域的各个方面提供了更全面的工具， 推动着我们对生命基因的深入理解。传统实验室DNA 浓度测量主要依赖紫外吸光度法[5]，使用紫外分光光度计测量DNA 在260/280 nm 处的吸光度。然而，这方法通常需要较多生物样品，并且对于提取的DNA 样品较少的情况，传统的紫外分光光度计可能无法有效测量。

为了提高测量的灵敏度和减少所需样品量，Thermo Fisher Scientific 公司基于吸光度法推出了Nanodrop 2000，通过改进光路结构实现了微量检测。然而，吸光度法的主要局限在于对DNA 纯度[6]的要求较高，混入其他物质如RNA 可能导致测量偏差。除了传统的吸光度法和荧光光谱法[7]之外，近年来的研究进展主要集中在提高测量精度、灵敏度，并减少所需样品量以及降低成本等方面。荧光光谱法作为一种新的DNA 浓度测量方法逐渐在市场上得到应用。荧光光谱法利用DNA 与荧光染料结合后在特定波长下产生荧光[8]的原理，通过检测荧光强度与DNA 浓度的关系来进行测量。相比吸光度法，荧光光谱法[9]具有更高的灵敏度和特异性，能够有效解决混入杂质导致测量不准确的问题。美国国家标准与技术研究所使用Pico Green 荧光染料对植物DNA 进行染色， 比较了紫外吸收和荧光光谱两种方法的相关性，结果显示荧光测量方法具有更高的可靠性。

尽管荧光光谱法在提高灵敏度和特异性方面具有优势，但市场上的荧光光谱仪通常体积较大，而且耗材成本较高。为解决这一问题，本文基于荧光光谱法搭建了核酸浓度测量微型光路系统，并开发了相应的算法， 建立了DNA 浓度和荧光强度之间的数学模型。

这一创新为生物分子领域提供了低成本、快速、高效的DNA 浓度测量方法。

2. 微型浓度检测系统的搭建 所构建的DNA浓度微型测量系统(图1)由一个中心波长505 nm的激光模组作为光源、荧光光谱检测仪、样品位移台组成。

SYBRGreenI 与DNA 组成的混合物溶液[10]， 在该光源照射下， 会产生中心波长为520 nm