多通道毛細管電泳系統的成本收益分析

摘要：現代基因實驗室迫切地需要他們的分析系統具備高通量、高成本效益、高靈敏檢測和高分辨率的特點。在這篇文章描述的基因分析器的設計迎合這些實驗室的需要。這是一個多通道系統，使用高靈敏熒光方法檢測核酸。多通道包含在可任意使用的卡盒里，12個樣品同時自動進樣，分析時間少于10 min。分析96孔板大約1 h。與傳統的凝膠電泳技術分離核酸相比，這種儀器的效率增加，而且節約時間。

Abstract：Modern genomics laboratories place stringent demands of their analysis systems; they require high-throughput, cost-effectiveness, detection sensitivity, and high resolution. The genetic analyzer described in this paper has been designed to meet the needs of such laboratories. It is a multichannel system,which uses a highly sensitive fluorescence method for detection of nucleic acids. The multiple channels are contained in a disposable cartridge,and 12 strip samples are automatically injected simultaneously and analyzed in less than 10 min. A 96-well plate can be analyzed in about 1 hr. When compared to the traditional gel electrophoresis technique for the separation of nucleic acids, this instrument is shown to provide a substantial
increase in efficiency and time-saving.

        當今的基因實驗室要求分析具有高通量、低成本、高靈敏檢測和高分辨率。然而，許多實驗室仍在使用傳統方法，不僅需要進行幾小時或者幾天的繁瑣操作，也會把人為的誤差引入到結果中。此外，這些系統不像它們看上去那樣劃算。

        eGene 公司（Irvine, CA）采用微流控、小型化的數字基因分析系統、軟件和用于生物材料檢測的消耗品，高特異性、高靈敏度地檢測、定量、鑒定和識別DNA 和RNA，同時實現了常規和非常規實驗室和工業程序的自動化，這對產品安全、發展、質量和產量都至關重要。HDA-GT12^TM 基因分析系統是可實現高靈敏度和高分辨率檢測的多通道毛細管電泳系統，在經濟上十分劃算。實驗室用的系統使用熒光檢測核酸,所使用的消耗性的毛細管凝膠卡套可以在1h 內分析96 孔板內的樣品。該系統適用于研究或者工業實驗室中的各種基因分析，而且操作簡單。

        在電場驅動下，在細內徑的石英毛細管中進行毛細管電泳分析能夠快速分離幾百種不同的化合物。采用這種方式可以分離幾乎所有的大分子和小分子，甚至整個生物體。經條件優化，這種技術能夠實現多種分離，特別是在其他液相分離技術無法使用的情況下。

        樣品分子在高電場強度下基于不同的電荷、尺寸和疏水性進行分離。毛細管的一端浸在樣品瓶里，可施加壓力、真空或者電壓。毛細管電泳的柱效很高，能同時分離上百種化合物。樣品和溶劑消耗量少，易于自動化，能夠進行定量分析。

        然而，目前一些常用的毛細管電泳系統依賴于昂貴、低效的光源，制約了光路檢測系統的微型化。一些系統只使用一根毛細管，而另外一些多根毛細管系統操作復雜，價格昂貴。

        通過減少機械/ 光學校準的復雜性、凝膠/緩沖液的消耗、分離時間以及單次運行的成本，eGene 公司使他們的毛細管電泳系統制作更簡單、快速，經濟上更劃算。該系統基于最新和擁有專利的多通道熒光檢測系統，采用固定激光器光源和微集光器。卡套里包含單獨的分離通道和裝好的化學試劑。可以通過軟件來控制系統，并檢查結果的質量。系統在較短的運行時間內可以提供高分辨率分析，而且樣品和試劑消耗量少。

        HDA-GT12 系統可以將分離時間從2 或3 h 減少到10min。避免了繁瑣的手動進樣、視覺檢查、數據分析、結果拍照和保存數據的過程。通過減少人為干擾，來避免人為誤差的可能性（見表1）。

        該系統在一個儀器平臺上可實現多種應用。在一次運行中可實現進樣、電泳和數據分析。采用自動化樣品進樣方式代替手動進樣，不僅可以降低勞動力成本和增加實驗室產出率，而且可減少手動處理產生的誤差。

        系統可更換的凝膠卡套避免了凝膠的制備。采用帶卡套的系統使用起來更容易、更有效。可以節約時間，提高產出率。

        HDA-GT12 系統檢測靈敏度低于0.1 ng/ μL。系統分析速度快，在7~10 min 內可以分析12 個樣品；在0.5-1.3 h 內可以分析96 個樣品。顯著提高了實驗室的數據產出率。系統DNA 片段分析的分辨率可高達1~5 個堿基。提高了數據分析的可信度。

        HDA-GT12 系統可以以電泳譜圖和凝膠圖的形式給出分離結果。各種數據提供方式使數據使用起來更靈活。強大的、用戶友好的分析工具可對收集的數據進行定性和定量分析。數據更容易使用和提交，系統提供的工具簡化了分析過程。

        高通量是該系統最主要的優點。它能夠提供4、8 和12 通道毛細管卡套，實現不同的樣品分析。從通量上看結果更靈活。緊湊的系統可以放在一個實驗臺上，節省大量的空間。

        我們對HDA-GT12 和其他電泳系統的分析成本進行了比較。結果發現，采用傳統的瓊脂糖凝膠電泳分析12 個樣品，包括準備凝膠、上樣、分離、染色和數據分析，所需的時間為101~191min。這里還不包括配制緩沖液的時間。如表1所示，HDA-GT12 系統分離同樣的12 個樣品所需的時間僅為10.2 min。

        平板凝膠電泳與HDA-GT12 儀器成本的費用相同，但效率不同。適于12 個樣品分析所用的電子精密天平、微波爐、電泳儀、電源、水平振蕩器、凝膠數據處理系統、個人電腦和自動移液管的總費用為25636 美元。可進行96 個樣品分析的電泳系統的總費用更高。表2 給出了可以完全實現自動化的HDA-GT12 系統的費用比較。

        瓊脂糖凝膠電泳所需的勞動力成本遠遠高于HDA-GT12 系統，這是因為前者所需的分析時間更長（瓊脂糖凝膠電泳需要101~191 min，HDAGT12系統10.2 min）。采用瓊脂糖凝膠系統需要購買很多耗材。雖然每個樣品的成本僅僅幾個美元，但是需要購買的東西卻很多。因而，采用瓊脂糖凝膠分析12 個樣品時每個樣品的費用為$3.12~$5.62，分析24 個樣品時每個樣品的費用為$1.56-$2.81。然而HDA-GT12 系統僅僅只要求一個卡套就能分離12 或者24 個樣品，每個樣品費用為$0.55，其中還包括了勞動力的成本。

        總之，HDA-GT12 與其他電泳系統相比成本更低。雖然在價格上相似，但它比平板凝膠系統在效率以及費用和試劑消耗方面更有優勢。它的性能比昂貴的自動化系統好。后者的成本是它的3 倍多，但效率較差。