青島能源所開發便攜式雙重數字液滴PCR系統SI-ddPCR

　　【儀表網 研發快訊】數字液滴PCR(ddPCR)技術具有更高的靈敏度和準確性，在核酸定量檢測領域具有廣闊的應用前景。由于傳統ddPCR系統依賴精密流體控制單元，導致設備體積龐大、操作流程復雜、經濟成本高，阻礙“去中心化”診斷的發展。近日，青島能源所單細胞中心設計了一種簡單的收斂通道結構微流控芯片，并通過整合液滴發生與反應，開發了一個簡易型、集成化的雙重數字液滴PCR系統SI-ddPCR。該系統無需精確流體控制就能實現液滴分離并逐個檢測，可同步、準確定量2種病毒載量，有望大幅提高數字核酸檢測的便攜度與應用范圍。相關研究成果發表于《分析化學》(Analytical Chemistry)。
 

　　圖1. 便攜式雙重數字液滴PCR(SI-ddPCR)系統同步、準確定量2種病毒載量
 

　　實時熒光定量PCR(RT-PCR)作為病原檢測的金標準，在大規模疫情篩查與防控中發揮關鍵作用，但陽性檢出率低的技術局限日益顯現。當目標序列濃度較低或被其他序列干擾時易產生假陰性結果，且半定量檢測的結果易受試劑、儀器、操作等因素影響，難以滿足精準診療需求。傳統ddPCR雖具備單分子級絕對定量能力，但受制于復雜流體控制系統和大型設備體積，難以向基層醫療機構和現場檢測場景下沉。研發兼具高靈敏度與便攜特征的集成化ddPCR系統，已成為提升分級診療能力、完善公共衛生應急體系的關鍵技術突破口。
 

　　為解決上述問題，單細胞中心博士劉灃儀等人開發一種收斂通道液滴再注入檢測芯片，大幅簡化流體控制單元，降低試劑消耗和設備成本，簡化操作流程。同時，團隊進一步集成前期開發的基于表面浸潤的自發液滴發生芯片，并裝配光學檢測和溫度控制裝置，成功構建了SI-ddPCR檢測系統。
 

　　SI-ddPCR系統存在以下優勢：一是液滴檢測不依賴分離油或高精度泵，操作更加可靠和魯棒；二是系統集成了液滴產生、加熱、檢測等模塊，減少了人工干預和樣品損耗，降低了交叉污染風險；三是系統緊湊、便攜，定量結果準確，在咽拭子樣本中檢測新冠病毒(SARS-CoV-2)和甲型流感病毒(H1N1)的準確率為97.5%。
 

　　SI-ddPCR系統的開發，促進了便攜式核酸檢測平臺的發展，具有獨特的價值和廣闊的應用前景。在臨床應用中，小型化設備尚不能取代傳統的大型設備，但緊湊、高效節能的設備能滿足床邊診斷的需要；在環境、食品檢測等領域，便攜式數字核酸檢測平臺可以作為重要補充手段，實現對微生物組成和數量的快速檢測。
 

　　該工作由青島能源所單細胞中心研究員馬波主持，得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、山東省泰山學者、山東省自然科學基金、青島市科技惠民示范專項項目的支持。(文/劉灃儀 圖/劉陽)