安光所在便携式微流控核酸提取系统方面取得研究进展
时间：2024-09-30 作者：文/杨柯 图/周久建
近日，安光所光电子技术研究中心生物医学光学研究室成功开发了一种集成全封闭微流控芯片和恒压流体驱动技术的便携式微流控核酸提取系统，能够快速提取食源性和血液感染性病原体的核酸。
核酸提取是分子诊断、基因工程和DNA测序的基础，对疾病检测和遗传研究至关重要。集成化微流控技术不仅提高了核酸提取的效率和准确性，还简化了操作流程，为临床应用和研究提供了更强大的支持。在各类微流控芯片中，集成试剂切换阀和试剂存储腔的“微流控卡盒芯片”（以下简称“卡盒”）在试剂存储、运输保存、液流传递和多靶并检等多个方面均优势明显。传统卡盒执行片上试剂流传输时，通常依靠蠕动泵、注射器、液压重力等作为动力源，稳定性和可靠性相对欠佳，难以实现快速液流转移与注射。此外，在核酸提取结束后，基于卡盒配置用于多靶并检的等体积扩增反应体系同样至关重要。实现上述目标需要精确控制卡盒中的流体传递过程。
研究团队设计了一种新型卡盒，同步研发了恒压流体驱动技术，整合组成了一种高效的便携式微流控核酸提取系统。卡盒集成了试剂切换阀和多个试剂存储腔，通过旋转试剂切换阀可以连通不同的试剂腔室，解决了试剂顺序驱动和窜扰等关键技术问题。恒压流体驱动模块则为卡盒内部试剂流提供了稳定的动力源。与传统的蠕动泵、注射器和重力驱动模式相比，恒压流体驱动可实现连续“无脉动”流体输送，保证了试剂在卡盒微通道中传输时的稳定性和可靠性，确保了提纯核酸的质量。此外，基于卡盒配置用于多靶并检的等体积扩增反应体系，简化了繁琐的体系配置操作并确保了不同点位检测结果的一致性。该系统已成功用于从牛奶、橙汁和血清中提取大肠杆菌（浓度为50 CFU/mL）的核酸。系统也被验证可以从感染血清中提取乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒的核酸（浓度为200 copies/mL）。总之，该系统能够为多种下游应用提供高纯度的核酸。与可视化等温扩增（如LAMP）检测方法结合，可实现病原体的现场快速检测。
研究成果发表在微流控领域知名期刊《分析化学杂志》(Analytica Chimica Acta)。安光所光电子技术研究中心与安徽医科大学生物医学工程学院联合培养的硕士生周久建为第一作者，朱灵研究员和杨柯副研究员为共同通讯作者。
本研究得到了国家重点研发计划（No. 2022YFC2302702700, No. 2022YFC2302703），中国科学院青年创新促进会（No. 2021442），医工融合医疗装备创新研究院培育项目（No. HFGJKXZX-YGRH-1-005）等支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003267024010900
不同压力和时间条件下试剂转移的特性及稳定性