科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在便攜式微流控核酸提取系統(tǒng)方面取得研究進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所光電子技術(shù)研究中心生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究室成功開發(fā)了一種集成全封閉微流控芯片和恒壓流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)的便攜式微流控核酸提取系統(tǒng)，能夠快速提取食源性和血液感染性病原體的核酸。

核酸提取是分子診斷、基因工程和DNA測(cè)序的基礎(chǔ)，對(duì)疾病檢測(cè)和遺傳研究至關(guān)重要。集成化微流控技術(shù)不僅提高了核酸提取的效率和準(zhǔn)確性，還簡化了操作流程，為臨床應(yīng)用和研究提供了更強(qiáng)大的支持。在各類微流控芯片中，集成試劑切換閥和試劑存儲(chǔ)腔的“微流控卡盒芯片”（以下簡稱“卡盒”）在試劑存儲(chǔ)、運(yùn)輸保存、液流傳遞和多靶并檢等多個(gè)方面均優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)卡盒執(zhí)行片上試劑流傳輸時(shí)，通常依靠蠕動(dòng)泵、注射器、液壓重力等作為動(dòng)力源，穩(wěn)定性和可靠性相對(duì)欠佳，難以實(shí)現(xiàn)快速液流轉(zhuǎn)移與注射。此外，在核酸提取結(jié)束后，基于卡盒配置用于多靶并檢的等體積擴(kuò)增反應(yīng)體系同樣至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)需要精確控制卡盒中的流體傳遞過程。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型卡盒，同步研發(fā)了恒壓流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)，整合組成了一種高效的便攜式微流控核酸提取系統(tǒng)?？ê屑闪嗽噭┣袚Q閥和多個(gè)試劑存儲(chǔ)腔，通過旋轉(zhuǎn)試劑切換閥可以連通不同的試劑腔室，解決了試劑順序驅(qū)動(dòng)和竄擾等關(guān)鍵技術(shù)問題。恒壓流體驅(qū)動(dòng)模塊則為卡盒內(nèi)部試劑流提供了穩(wěn)定的動(dòng)力源。與傳統(tǒng)的蠕動(dòng)泵、注射器和重力驅(qū)動(dòng)模式相比，恒壓流體驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)“無脈動(dòng)”流體輸送，保證了試劑在卡盒微通道中傳輸時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性，確保了提純核酸的質(zhì)量。此外，基于卡盒配置用于多靶并檢的等體積擴(kuò)增反應(yīng)體系，簡化了繁瑣的體系配置操作并確保了不同點(diǎn)位檢測(cè)結(jié)果的一致性。該系統(tǒng)已成功用于從牛奶、橙汁和血清中提取大腸桿菌（濃度為50 CFU/mL）的核酸。系統(tǒng)也被驗(yàn)證可以從感染血清中提取乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒和人類免疫缺陷病毒的核酸（濃度為200 copies/mL）?？傊?，該系統(tǒng)能夠?yàn)槎喾N下游應(yīng)用提供高純度的核酸。與可視化等溫?cái)U(kuò)增（如LAMP）檢測(cè)方法結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)病原體的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。

研究成果發(fā)表在微流控領(lǐng)域知名期刊《分析化學(xué)雜志》(Analytica Chimica Acta)。
圖 不同壓力和時(shí)間條件下試劑轉(zhuǎn)移的特性及穩(wěn)定性。