本书系统地介绍了数字PCR检测技术及其应用，主要内容包括概述、数字PCR的技术原理、数字PCR仪的技术路线、数字PCR实验设计与方法开发指南、数字PCR在临床领域中的应用、数字PCR在科研领域中的应用、数字PCR在其他领域中的应用、数字PCR仪的计量与质量控制、数字PCR的挑战与未来展望。本书内容翔实，实用性和针对性强，可帮助读者快速掌握数字PCR检测的相关技术；本书既注重理论知识的系统性和严谨性，也注重对日常工作的指导性，具有较高的学术价值和应用价值。
本书可供从事PCR检测的技术人员使用，也可供相关领域的科研人员和相关专业的在校师生参考。

丛书序
序
前言
第1章概述1
1.1引言1
1.2PCR的革新之路2
1.2.1第一代PCR——定性PCR2
1.2.2第二代PCR——实时荧光定量PCR3
1.2.3第三代PCR——数字PCR5
1.3数字PCR的发展历史6
1.3.1技术起源与早期探索6
1.3.2单分子 PCR 的早期应用拓展7
1.3.3数字PCR用于定量分析的首次尝试7
1.3.4数字PCR的基本概念7
1.3.5数字PCR的复兴与成熟8
第2章数字PCR的技术原理9
2.1数字PCR反应单元分区9
2.2数字PCR的数学原理：泊松分布定量原理10
2.3数字PCR的扩增与检测原理11
2.3.1扩增原理11
2.3.2检测原理12
2.4数理统计模型及方法12
第3章数字PCR仪的技术路线14
3.1微滴数字PCR15
3.1.1微滴数字PCR原理15
3.1.2实验流程18
3.1.3应用案例19
3.2芯片式数字PCR22
3.2.1芯片式数字PCR原理22
3.2.2实验流程24
3.2.3应用案例25
3.3数字PCR系统与仪器26
3.3.1微滴式数字PCR仪27
3.3.2芯片式数字PCR仪31
3.3.3小结33
第4章数字PCR实验设计与方法开发指南35
4.1数字PCR实验设计要点35
4.1.1实验设计核心框架35
4.1.2方法开发关键步骤36
4.1.3方法验证与标准化37
4.2数字PCR实验设计指南37
4.2.1样本采集、处理与制备42
4.2.2核酸质量控制42
4.2.3引物与探针设计43
4.2.4分区系统选择44
4.2.5反应体系优化44
4.2.6反应程序优化44
4.2.7信号采集45
4.2.8数据分析与验证45
4.3数字PCR实验常见问题及解决方法46
第5章数字PCR在临床领域中的应用48
5.1肿瘤液体活检48
5.1.1肿瘤液体活检的概念、技术瓶颈与临床需求48
5.1.2数字PCR在肿瘤液体活检中的优势及应用场景56
5.1.3数字PCR在肿瘤液体活检中的临床应用前景与挑战58
5.2感染性疾病精准检测62
5.2.1数字PCR在感染性疾病精准检测领域的应用概况62
5.2.2数字PCR在感染性疾病精准检测中的应用案例65
5.2.3数字PCR与其他技术的比较、优缺点及应用注意事项70
5.3遗传性疾病精准检测73
5.3.1数字PCR在遗传性疾病精准检测领域的应用概况73
5.3.2数字PCR在遗传性疾病的应用案例77
5.3.3数字PCR未来在遗传性疾病检测中的应用前景与挑战83
5.4器官移植前、后评估85
5.4.1器官移植目前的临床需求与挑战85
5.4.2器官移植术前评估87
5.4.3器官移植术后监测89
5.4.4数字PCR对于器官移植感染相关并发症的早期诊断91
5.4.5数字PCR对于器官移植排斥反应的精准监测94
5.4.6未来展望与技术挑战97
5.5细胞基因治疗效果评估98
5.5.1应用数字PCR评估基因治疗及其效果99
5.5.2数字PCR应用案例及前沿进展104
5.5.3数字PCR与其他定量技术在基因治疗应用中的特点比较107
5.6个体化治疗相关基因检测109
5.6.1个体化治疗基因研究进展109
5.6.2数字PCR检测个体化治疗相关基因在疾病诊疗中的应用113
5.6.3数字PCR与其他基因检测技术的对比114
第6章数字PCR在科研领域中的应用118
6.1核酸标准物质研究与标准制定118
6.1.1核酸标准物质研究118
6.1.2数字PCR标准的制定124
6.1.3总结129
6.2表观遗传学研究130
6.2.1表观遗传学与数字PCR的交叉融合130
6.2.2数字PCR在表观遗传学中的应用132
6.2.3数字PCR在表观遗传学中的发展趋势137
6.3基因表达水平研究140
6.3.1基因表达定量分析的挑战与数字PCR的兴起140
6.3.2数字PCR在基因表达水平研究中的应用144
6.3.3数字PCR在基因表达水平研究中的未来展望154
6.4基因突变相关研究154
6.4.1基因突变检测与数字PCR的技术革新154
6.4.2数字PCR在基因突变检测中的应用157
6.4.3数字PCR在基因突变检测中的发展趋势161
6.5拷贝数变异相关研究165
6.5.1拷贝数变异与数字PCR165
6.5.2数字PCR在CNV研究中的应用168
6.5.3数字PCR在CNV检测中的发展趋势173
6.6痕量核酸检测研究175
6.6.1痕量核酸检测的关键前处理与引物探针技术优化175
6.6.2数字PCR痕量核酸检测的反应体系优化与动态范围拓展176
6.6.3数字PCR痕量核酸检测定量挑战应对策略181
6.6.4数字PCR痕量核酸检测的实际应用案例183
第7章数字PCR在其他领域中的应用186
7.1食品安全186
7.1.1食品安全检测的概念和意义187
7.1.2食品安全常用的分子生物学方法与技术瓶颈189
7.1.3数字PCR在食品安全检测中的技术优势与应用190
7.2动物检疫194
7.2.1动物检疫的概念194
7.2.2动物检疫常用的分子检测方法与技术瓶颈195
7.2.3数字PCR在动物检疫中的技术优势与应用197
7.3植物检疫199
7.3.1植物检疫的概念199
7.3.2植物检疫常用的分子检测方法与技术瓶颈200
7.3.3数字PCR在植物检疫中的技术优势与应用201
7.4卫生检疫202
7.4.1卫生检疫的概念202
7.4.2卫生检疫常用的分子检测方法与技术瓶颈202
7.4.3数字PCR在卫生检疫中的技术优势与应用204
7.5疾控领域212
7.5.1疾控领域常用的分子检测方法与技术瓶颈212
7.5.2数字PCR在疾控领域中的技术优势与应用217
7.6法医学与身份鉴定220
7.6.1法医学与身份鉴定常用的分子检测方法与技术瓶颈220
7.6.2数字PCR在法医学与身份鉴定中的技术优势与应用222
第8章数字PCR仪的计量与质量控制226
8.1数字PCR仪质量控制的相关标准和技术规范226
8.1.1计量与质量控制的关系226
8.1.2数字PCR仪质量控制228
8.1.3国内、外数字PCR仪的质量控制所参照的标准228
8.1.4数字PCR仪未来的质量控制相关标准和技术规范发展趋势231
8.2数字PCR仪质量管理233
8.2.1概述233
8.2.2数字PCR仪的性能验证234
8.2.3日常质量控制235
8.2.4定期校准和维护238
8.2.5数字PCR仪的证书确认239
8.2.6数字PCR仪质量管理体系的建立240
8.2.7数字PCR仪质量管理的展望242
8.3数字PCR仪计量校准243
8.3.1概述243
8.3.2数字PCR仪校准条件245
8.3.3数字PCR仪校准方法246
8.3.4数字PCR仪校准结果示例252
8.3.5数字PCR仪计量校准的挑战与展望256
8.4数字PCR仪的期间核查257
8.4.1期间核查的定义257
8.4.2期间核查的方法260
8.4.3数字PCR仪期间核查的要求及注意事项262
8.4.4数字PCR仪期间核查案例及分析264
第9章数字PCR的挑战与未来展望269
9.1数字PCR的当前挑战269
9.1.1自动化的进一步提高269
9.1.2注册与认证270
9.1.3诊疗指南和标准化的建立270
9.1.4供应链优化与成本控制271
9.2数字PCR的突破创新趋势272
9.2.1自动化与集成化平台的研发272
9.2.2超多重靶标检测技术的创新273
9.2.3数字PCR与新兴技术的融合273
9.2.4智能化数据分析与管理274
9.3总结与讨论275
参考文献276

在生命科学领域，核酸定量技术的每一次革新都深刻影响着科研与实践的进程。自聚合酶链式反应（PCR）问世以来，其迭代发展始终围绕“精准”与“高效”两大核心目标。从定性PCR到实时荧光定量PCR，再到如今的数字PCR，技术的进步不仅突破了传统技术方法的局限性，更在灵敏度、特异性和定量准确性上实现了质的飞跃。
与定性PCR相比，数字PCR通过微流控技术将反应体系分割为成千上万个独立单元，并基于泊松分布原理，无须依赖标准曲线即可实现核酸绝对定量。该技术对PCR抑制剂的耐受性较强，显著提高了检测灵敏度、分析准确度及实验重复性，现已成为精准医学、病原体检测、肿瘤基因分析及转基因定量等领域的革命性技术平台。近年来，随着微纳制造、生物信息学等交叉学科的突破，数字PCR加速成熟，其应用场景从基础科研拓展至临床诊断、环境监测、农业育种等多元化领域，数字PCR凭借其单分子级灵敏度（≤0.01%）和高度重复性，显著提升了检测的可靠性。2025年，全球数字PCR市场规模预计已达数十亿美元，北美、欧洲及亚洲市场呈现三足鼎立之势，其中我国凭借政策支持与技术创新，成为增长最快的区域之一。但是目前国内该技术的相关专业书籍比较欠缺，作者组织团队成员共同努力编著了本书，旨在向相关领域的科技工作者和高等院校相关专业师生介绍数字PCR检测技术以及应用实例。
本书共分为9章，其中第1章介绍了数字PCR的发展历史和基本概念；第2章介绍了数字PCR的技术原理；第3章介绍了不同类型数字PCR仪的技术路线；第4章介绍了数字PCR实验设计要点、指南以及实验中常见问题和解决方法；第5章介绍了数字PCR在临床领域中的应用，包含在感染性疾病、遗传性疾病、器官移植前后评估、细胞基因治疗效果评估以及个体化治疗相关基因检测中的应用；第6章介绍了数字PCR在科研领域中的应用，如核酸标准物质研究与标准制定、各类单分子水平的研究、痕量核酸检测应用等；第7章介绍了数字PCR在其他领域中的应用；第8章介绍了数字PCR仪的计量与质量控制；第9章介绍了数字PCR的挑战与未来展望。本书可供医疗卫生、疾病控制、食品安全、动植物科学、口岸卫生检疫、法医学与身份鉴定、计量科学等相关领域从事PCR检测的技术人员使用，也可供相关领域的科研人员和相关专业的在校师生参考。
本书在编写过程中得到了很多专家的支持，在此表示万分感谢！由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，希望读者朋友们批评指正！

中国海关科学技术研究中心技术装备研究所高级工程师
王艺凯