借助分子技术内在准确性、敏感度、特异性和周转时间快的特点，分子诊断行业获得了迅速的发展。此外，分子诊断技术的准确性、敏感度和特异性让实验室人员利用极其少量的样本就可获得有效检测结果。这为法医鉴定领域提供了帮助，并且能用于检测极低浓度的目标物质，从而让临床医生在早期就能检测到疾病。
分子诊断行业快速发展的结果是，越来越多的企业开始开发有关特异性基因序列的分子诊断工具，并希望能出售给诊断实验室；不过并不是所有的开发者都了解实验室需要额外的工具来支持从样本到结果所要求的整个工作流程这一点。
本文列举了几种采用分子诊断检测所必须的技术，以及具有像PCR技术一样为分子诊断领域带来变革潜能的分子诊断工具。
多年来，大部分分子诊断实验室的核心技术都主要集中在检测特异性、相对较短的DNA或RNA片段上。该技术能诊断传染性疾病、鉴别影响药物代谢的特殊基因变异型或检测与疾病有关的基因，如与癌症有关的基因。这些检测的核心是实时定量聚合酶链反应（PCR）、转录调节扩增（TMA）、靶向扩增和信号扩增等类似技术的应用。桑格排序和DNA片段分析或采用毛细电泳法的凝胶法都是分子诊断实验室的关键技术，但他们通常还包括检测过程中的扩增步骤。为了能顺利应用那些采用DNA和RNA来诊断疾病的检测，分子诊断实验室必须要使用定义明确的工作流程，从而得到稳定的、有效的结果，而当前已存在能帮助诊断实验室实现每个工作流程流水化的特殊工具。检测的基本流程如下所示：
1. 样本收集和制备。 从样本中提取出用于检测的基因。
2. 扩增：一旦分离出基因物质，必须立即将其扩增到可检测数量，以便做出诊断命令。
3. 检测：获得足够的目标物质后，光型传感器将读取与即将检测的目标物质相对应的信号。信号必须是单一的或多样的，从而实现在一次反应（如多通道检测）中检测到多种目标物质。
4. 数据分析：对在检测步骤中读取出的信号进行分析。将分析结果转换为实验室人员随时可以解释的信息，从而最终为临床医生提供诊断结果。
样本制备 所有分子检测的第一个步骤都是样本制备，包括样本提取。样本制备过程分离出有用的核酸物质（DNA或RNA），并去除患者样本中可能存在的所有抑制因子，因为这些抑制因子会对随后的检测过程造成干扰。该过程还要浓缩核酸，提高检测极低目标物浓度的能力。
样本制备的方法在很大程度上取决于患者样本类型。分子实验室检测的患者样本类型一般包括全血、血清、血浆、尿液、粪便、痰液、拭子、新鲜的冷冻组织和福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织。根据所检测的患者样本类型，需要采用不同的样本制备方法在不破坏基因物质的情况下成功提取出核酸。
检测中可根据患者样本类型和核酸来源制备不同的提取试剂盒。例如，对来自于细菌和病毒的核酸，应该采用不同的提取方法，因为提取细菌和病毒中DNA的化学过程是不同的，而且要获得最佳样本可能会涉及到不同的提取步骤。甚至存在分别对DNA和RNA具有特异性的样本提取试剂盒，用来提高特殊核酸的提取效率。
尽管有些分子诊断实验室至今仍在使用人工样本制备方法，但大部分实验室都是采用半自动或全自动的样本制备仪器。自动化制备通过消除与人工方法相关的操作人员特异性差异、降低操作时间，帮助实验室获得更加一致的检测结果，从而带来了更高的生产力，增加了实验室的输出量。
分子诊断实验室所关注的一个重要领域是实现程序流水化、保证优等质量控制（QC）。正确的QC惯例在确保准确的检测结果、指导良好的患者护理方面是至关重要的。仪器质量控制起始于样本提取阶段，采用的是确保提取工作正确运行的技术。可获得的商用产品可帮助实验室保证检测结果的可靠性。例如，模仿患者样本所必须步骤、按照相同工作流程获得最准确结果的提取质量控制。
定量检测中，一个重要的结果是基因序列复制数的计算。用于校准检测的标准也要经过选拔这一点是非常重要的，原因如下：提取步骤经常会导致DNA或RNA的缺失。虽然这种缺失可能是很小的，但因PCR技术的指数性扩增，提取过程中少量的缺失会导致复制数量结果的明显变化。通过选拔步骤运行标准将保证检测结果包含提取过程中产生的样本丢失，从而使患者样本的检测结果更加准确。
扩增和检测平台以及检测 样本提取步骤之后，目标扩增及检测是分子诊断工作流程中的其余步骤。类似TMA的扩增方法是等温的，因而不需要温度循环。PCR需要多次加热、冷却来保证基因复制的核酸模板。需要进行该步骤的工具包括检测试剂和进行基因物质酶型扩增的仪器。
检测试剂可能含有很多物质，包括核苷酸、DNA扩增酶所需要的底物、检测特异性核酸序列的探针、为反应提供能量的酶、缓冲液及其他物质。
热循环扩增是在热循环仪中进行的，根据所采用的技术，检测步骤可能会在扩增之后进行（如单核苷酸扩增检测）。实时PCR、短串联重复序列或微小体检测中，检测步骤可能会与扩增同时进行。例如，疾病控制中心rRT-PCR流感仪表板采用的Biosystem 7500快速Dx实时PCR仪器上，进行扩增过程中，随着反应，检测监测器会得出目标特异性探针信号。类似STR分析的片段大小检测中，扩展步骤会采用荧光染色标记物，从而确保检测简单易行，并在扩增后通过毛细电泳法测出片段大小。
大多数扩增和检测仪都能检测出几种不同波长的信号。例如，上述提到的实时PCR仪器能一次性检测出五种不同颜色的提取物。有了这些性能，很多分子诊断实验室正施行多通道检测。这些多通道检测工具能够在一个试管中检测到相同样本中的多种目标物质。他们还可在一次运行中检测出多种不同试管中的不同目标物质。多通道检测中每个反应的费用显著低于许多仅能检测单一目标物质检测的费用，因此更能得到分子诊断实验室的青睐。
对于经验丰富的分子诊断实验室，自制（实验室自己开发）检测可能是一种花费较少的发展诊断检测的选择。但是，这种做法需要额外的时间、费用和资源来建立验证过程所必须的检测参数，如敏感度、特异性、线性、精确度和准确度。该工作可花费几个月的时间，因而实验室通常会通过从厂商那里购买FDA-认证或批准的诊断检测、迅速使检测上线的方法来节省费用和时间。
无论实验室是选择自制检测还是FDA认证或批准的检测，独立的质控材料是该过程中极其重要的因素。先前接受过检测的患者样本可用来进行一些特殊试验，但一般来说，实验室获得的患者样本是很有限的。通过利用按照ISO17511生产一致性、可塑源性质量控制材料的生产商提供的标准和质控规则，实验室不仅能建立自己的检测，还能保证该检测在之后的时间里按预期结果运行，并且可保证不同分子诊断实验室报告的检测结果实现标准化。这些标准和质控规则是510（k）认证的，为实验室主任提供了一个特别的置信和质量水平。
软件工具 扩增和检测之后，丢掉扩增产物，技术人员所需要处理的就只有数据了。扩增和检测仪器具有特殊的软件程序，而这些程序与仪器上的检测器相连接，能在实时仪器的热循环过程中采集数据，也能采用毛细电泳法在终端PCR和排序或DNA片段分析应用之后采集数据。技术人员必须在报告结果之前审查分析的数据以及仪器、分析软件和应用程序所能处理的数据数量。有些仪器仅仅能报告数值，而有些则会给出能调整的结果，如根据基线绘制扩增曲线。对于实验室自己开发的检测来说，必须在电子数据表程序中输入更多的数据来进行分析。分析可能包括核查操作符合有效标准、去除无效数值、决定统计数值，如用平均值和对数值来解释检测结果。
最后，分子诊断实验室会根据检测方法给予患者一份定性或定量结果。
其他的软件工具，如EDCnet，可让实验室下载和分享同一个已知参考物质检测的分子检测结果，然后将他们的结果与其他正在观察相同物质的实验室所得结果进行比较。该特点为实验室在向临床医生传递有效检测结果方面提高了质量控制水平。
整体解决方案 分子实验室中的扩增诊断将依然是疾病诊断和病理基因研究中的一个主要方法，但越来越多的实验室正投资于采用一个仪器实现从样本进入到获得结果的整体解决方案。将样本制备、检测设置、扩增和检测、数据分析以及结果报告整合到一台全自动化仪器上是诊断产品供应商一直以来所面临的挑战。有些生产商已经成功实现了这一做法。例如，Cepheid的GeneXpert和Gen-Probe的Tigris系统已经将某些检测步骤整合在一起，如样本制备和检测设置；但扩增和检测仪器步骤仍需要独立的仪器。生产商越接近整体解决方案，系统为分子诊断实验室提供的价值重要性就越大。
分子诊断工具的前景
分子诊断工具已被广泛用于血液筛查和传染性疾病的诊断中，并在一定程度上用于基因筛查。目前主要的分子诊断应用包括利用病毒载量检测评估抗病毒药物治疗效果、诊断性传播疾病和基因分型。
虽然基因筛查是一个较小的分子诊断应用领域，但其在肿瘤、基因表达分析、伴随诊断学和病理基因学领域的应用正快速发展。这些趋势是患者护理个性化医疗方法的一部分，而其技术工具也正融入到诊断领域中。
利用基因变异检测疾病状况敏感性的预后价值是诊断医生一直以来所关注的事情。可能会对处于某种疾病风险中的无症状患者或癌症治疗中心的患者进行基因筛查，以便对他们进行积极的治疗管理。
在类似人表皮生长因子受体2（Her2）、表皮生长因子受体（EGFR）和V-Ki-ras2 Kristen ras肉瘤病毒性致癌基因同类体（KRAS）等基因生物标志物可预测哪些患者对药物治疗有反应的临床应用证据下，FDA要求对药物标签做出修改，指导临床医生对患者进行分子检测，从而帮助医生做出治疗决策。生命科学领域延伸出的技术正为临床医生提供丰富的数据和信息，将很快成为诊断算法中的主流部分。例如，翻译基因组学研究院和美国肿瘤中心进行的临床研究目的是找到最有效的利用DNA序列数据指导医生对三倍体阴性乳腺癌患者制定癌症治疗决策的方法。当这些技术被充分地利用后，将会对患者的健康结果和实验室人员为临床医生提供的诊断价值产生深刻的影响。
