新冠病毒（SARS-CoV-2）大流行已經(jīng)給全球衛(wèi)生系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，基于實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增（RT-PCR）的核酸分子定量檢測技術(shù)以其獨(dú)特的高靈敏的優(yōu)勢，已經(jīng)作為當(dāng)前最重要一種技術(shù)手段廣泛用于流行性傳染病的預(yù)防和控制。然而，傳統(tǒng)的RT-PCR儀主要是面向中心實(shí)驗(yàn)室開展核酸檢測業(yè)務(wù)，無法在實(shí)驗(yàn)條件不足或場地資源有限的環(huán)境下有效運(yùn)行。因此，具備現(xiàn)場快速即時(shí)診斷（POCT）能力的RT-PCR系統(tǒng)對于非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下傳染性疾病的及時(shí)防控尤為重要和迫切。

當(dāng)前已經(jīng)市場化的主流POCT核酸檢測系統(tǒng)主要是通過一次性的微流控檢測卡盒將核酸樣本制備（一般包括細(xì)胞裂解、核酸提取）、PCR擴(kuò)增和熒光檢測等步驟集成在一起，實(shí)現(xiàn)全過程一體化檢測。盡管這些商用系統(tǒng)的檢測卡盒大多采用主動(dòng)微流體泵送技術(shù)對其微流道中的液體流動(dòng)施加精準(zhǔn)控制，但是，這種主動(dòng)微流體控制技術(shù)對于外部能量源或致動(dòng)器的依賴，會(huì)導(dǎo)致一體化檢測卡盒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本明顯增加。

與主動(dòng)微流體泵送技術(shù)不同，被動(dòng)微流體泵送技術(shù)不需要任何外部的致動(dòng)器或能量源，因此可以大大簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是，這種被動(dòng)式微流控技術(shù)在面對復(fù)雜樣本的核酸提取任務(wù)時(shí)難以提供精準(zhǔn)可靠的動(dòng)態(tài)流體控制，長期以來沒有能夠在RT-PCR核酸檢測方面發(fā)揮作用。新冠疫情爆發(fā)以來，針對拭子樣本的檢測需求大為增加，一種新型核酸免提取的直接PCR擴(kuò)增方案日漸成熟，這為基于被動(dòng)泵送技術(shù)開發(fā)小型化、低成本的POCT現(xiàn)場快速核酸檢測系統(tǒng)提供了契機(jī)和思路。

近日，東南大學(xué)王遵亮副教授、何農(nóng)躍教授團(tuán)隊(duì)與基蛋生物蘇恩本教授團(tuán)隊(duì)校企合作，研制開發(fā)了一款適用于現(xiàn)場即時(shí)診斷的低成本、快速RT-PCR系統(tǒng)。該系統(tǒng)的最大特色在于采用被動(dòng)微流體泵送策略設(shè)計(jì)了一種重力驅(qū)動(dòng)的微流控檢測卡盒，其針對拭子采集樣本，可以實(shí)現(xiàn)免提取的直接擴(kuò)增分析，使卡盒內(nèi)流體的操控?cái)[脫了對于外部能量源或致動(dòng)器的依賴，從而大大降低微流控卡盒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和研制成本。經(jīng)過大量可靠的臨床樣本測試，基于該卡盒的RT-PCR檢測系統(tǒng)在短短30分鐘內(nèi)便可完成包括SARS-CoV-2、A型/B型流感病毒在內(nèi)的呼吸道病毒RNA的檢測，又能完成人乳頭瘤病毒HPV16/18為代表的高危型性傳播感染病毒DNA的檢測，實(shí)現(xiàn)“樣本進(jìn)-結(jié)果出”整個(gè)過程一體化檢測目標(biāo)。

圖1基于重力驅(qū)動(dòng)微流控卡盒的一體化POCT核酸檢測系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu) 該成果以“A sample-to-answer, quantitative real-time PCR system with low-cost, gravity-driven microfluidic cartridge for rapid detection of SARS-CoV-2, influenza A/B, and human papillomavirus 16/18?”為題，發(fā)表在英國皇家化學(xué)會(huì)權(quán)威期刊Lab on a Chip上，并入選熱點(diǎn)論文。

該論文展示的整個(gè)POCT核酸檢測系統(tǒng)主要由微流體檢測卡盒、用于PCR擴(kuò)增的快速變溫模塊以及4通道熒光檢測模塊組成（圖1）。其中，最為核心的檢測卡盒包括分別用于核酸加樣、裂解、混勻和擴(kuò)增的反應(yīng)腔室（圖2A）。重力驅(qū)動(dòng)的流體泵送策略極大簡化了卡盒結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)，使得卡盒尺寸大大縮小（圖2B），從而使得整個(gè)POCT系統(tǒng)一次運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)12個(gè)檢測卡盒樣本的核酸分子檢測，克服了當(dāng)前主流分子POCT系統(tǒng)檢測通量的不足。系統(tǒng)現(xiàn)已完成性能測試，正處于臨床試驗(yàn)階段。

圖2 重力驅(qū)動(dòng)微流體卡盒功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（A）及外觀展示圖（B）

綜上所述，該研究所報(bào)道的POCT分子檢測系統(tǒng)具有簡單、靈活、快速、成本低的優(yōu)點(diǎn)，對于資源貧乏和實(shí)驗(yàn)室條件不足的地區(qū)開展傳染病防治具有極高的應(yīng)用前景。

論文信息

https://doi.org/10.1039/D2LC00434H

審核編輯 ：李倩