多通道毛细管电泳系统的成本收益分析

摘要：现代基因实验室迫切地需要他们的分析系统具备高通量、高成本效益、高灵敏检测和高分辨率的特点。在这篇文章描述的基因分析器的设计迎合这些实验室的需要。这是一个多通道系统，使用高灵敏荧光方法检测核酸。多通道包含在可任意使用的卡盒里，12个样品同时自动进样，分析时间少于10 min。分析96孔板大约1 h。与传统的凝胶电泳技术分离核酸相比，这种仪器的效率增加，而且节约时间。

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.

        当今的基因实验室要求分析具有高通量、低成本、高灵敏检测和高分辨率。然而，许多实验室仍在使用传统方法，不仅需要进行几小时或者几天的繁琐操作，也会把人为的误差引入到结果中。此外，这些系统不像它们看上去那样划算。

        eGene 公司（Irvine, CA）采用微流控、小型化的数字基因分析系统、软件和用于生物材料检测的消耗品，高特异性、高灵敏度地检测、定量、鉴定和识别DNA 和RNA，同时实现了常规和非常规实验室和工业程序的自动化，这对产品安全、发展、质量和产量都至关重要。HDA-GT12^TM 基因分析系统是可实现高灵敏度和高分辨率检测的多通道毛细管电泳系统，在经济上十分划算。实验室用的系统使用荧光检测核酸,所使用的消耗性的毛细管凝胶卡套可以在1h 内分析96 孔板内的样品。该系统适用于研究或者工业实验室中的各种基因分析，而且操作简单。

        在电场驱动下，在细内径的石英毛细管中进行毛细管电泳分析能够快速分离几百种不同的化合物。采用这种方式可以分离几乎所有的大分子和小分子，甚至整个生物体。经条件优化，这种技术能够实现多种分离，特别是在其他液相分离技术无法使用的情况下。

        样品分子在高电场强度下基于不同的电荷、尺寸和疏水性进行分离。毛细管的一端浸在样品瓶里，可施加压力、真空或者电压。毛细管电泳的柱效很高，能同时分离上百种化合物。样品和溶剂消耗量少，易于自动化，能够进行定量分析。

        然而，目前一些常用的毛细管电泳系统依赖于昂贵、低效的光源，制约了光路检测系统的微型化。一些系统只使用一根毛细管，而另外一些多根毛细管系统操作复杂，价格昂贵。

        通过减少机械/ 光学校准的复杂性、凝胶/缓冲液的消耗、分离时间以及单次运行的成本，eGene 公司使他们的毛细管电泳系统制作更简单、快速，经济上更划算。该系统基于最新和拥有专利的多通道荧光检测系统，采用固定激光器光源和微集光器。卡套里包含单独的分离通道和装好的化学试剂。可以通过软件来控制系统，并检查结果的质量。系统在较短的运行时间内可以提供高分辨率分析，而且样品和试剂消耗量少。

        HDA-GT12 系统可以将分离时间从2 或3 h 减少到10min。避免了繁琐的手动进样、视觉检查、数据分析、结果拍照和保存数据的过程。通过减少人为干扰，来避免人为误差的可能性（见表1）。

        该系统在一个仪器平台上可实现多种应用。在一次运行中可实现进样、电泳和数据分析。采用自动化样品进样方式代替手动进样，不仅可以降低劳动力成本和增加实验室产出率，而且可减少手动处理产生的误差。

        系统可更换的凝胶卡套避免了凝胶的制备。采用带卡套的系统使用起来更容易、更有效。可以节约时间，提高产出率。

        HDA-GT12 系统检测灵敏度低于0.1 ng/ μL。系统分析速度快，在7~10 min 内可以分析12 个样品；在0.5-1.3 h 内可以分析96 个样品。显著提高了实验室的数据产出率。系统DNA 片段分析的分辨率可高达1~5 个碱基。提高了数据分析的可信度。

        HDA-GT12 系统可以以电泳谱图和凝胶图的形式给出分离结果。各种数据提供方式使数据使用起来更灵活。强大的、用户友好的分析工具可对收集的数据进行定性和定量分析。数据更容易使用和提交，系统提供的工具简化了分析过程。

        高通量是该系统最主要的优点。它能够提供4、8 和12 通道毛细管卡套，实现不同的样品分析。从通量上看结果更灵活。紧凑的系统可以放在一个实验台上，节省大量的空间。

        我们对HDA-GT12 和其他电泳系统的分析成本进行了比较。结果发现，采用传统的琼脂糖凝胶电泳分析12 个样品，包括准备凝胶、上样、分离、染色和数据分析，所需的时间为101~191min。这里还不包括配制缓冲液的时间。如表1所示，HDA-GT12 系统分离同样的12 个样品所需的时间仅为10.2 min。

        平板凝胶电泳与HDA-GT12 仪器成本的费用相同，但效率不同。适于12 个样品分析所用的电子精密天平、微波炉、电泳仪、电源、水平振荡器、凝胶数据处理系统、个人电脑和自动移液管的总费用为25636 美元。可进行96 个样品分析的电泳系统的总费用更高。表2 给出了可以完全实现自动化的HDA-GT12 系统的费用比较。

        琼脂糖凝胶电泳所需的劳动力成本远远高于HDA-GT12 系统，这是因为前者所需的分析时间更长（琼脂糖凝胶电泳需要101~191 min，HDAGT12系统10.2 min）。采用琼脂糖凝胶系统需要购买很多耗材。虽然每个样品的成本仅仅几个美元，但是需要购买的东西却很多。因而，采用琼脂糖凝胶分析12 个样品时每个样品的费用为$3.12~$5.62，分析24 个样品时每个样品的费用为$1.56-$2.81。然而HDA-GT12 系统仅仅只要求一个卡套就能分离12 或者24 个样品，每个样品费用为$0.55，其中还包括了劳动力的成本。

        总之，HDA-GT12 与其他电泳系统相比成本更低。虽然在价格上相似，但它比平板凝胶系统在效率以及费用和试剂消耗方面更有优势。它的性能比昂贵的自动化系统好。后者的成本是它的3 倍多，但效率较差。