近日，中國科學院合肥物質院安光所光電子技術研究中心生物醫學光學研究室成功開發了一種集成全封閉微流控芯片和恒壓流體驅動技術的便攜式微流控核酸提取系統，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測序的基礎，對疾病檢測和遺傳研究至關重要。集成化微流控技術不僅提高了核酸提取的效率和準確性，還簡化了操作流程，為臨床應用和研究提供了更強大的支持。在各類微流控芯片中，集成試劑切換閥和試劑存儲腔的“微流控卡盒芯片”（以下簡稱“卡盒”）在試劑存儲、運輸保存、液流傳遞和多靶并檢等多個方面均優勢明顯。傳統卡盒執行片上試劑流傳輸時，通常依靠蠕動泵、注射器、液壓重力等作為動力源，穩定性和可靠性相對欠佳，難以實現快速液流轉移與注射。此外，在核酸提取結束后，基于卡盒配置用于多靶并檢的等體積擴增反應體系同樣至關重要。實現上述目標需要精確控制卡盒中的流體傳遞過程。

研究團隊設計了一種新型卡盒，同步研發了恒壓流體驅動技術，整合組成了一種高效的便攜式微流控核酸提取系統。卡盒集成了試劑切換閥和多個試劑存儲腔，通過旋轉試劑切換閥可以連通不同的試劑腔室，解決了試劑順序驅動和竄擾等關鍵技術問題。恒壓流體驅動模塊則為卡盒內部試劑流提供了穩定的動力源。與傳統的蠕動泵、注射器和重力驅動模式相比，恒壓流體驅動可實現連續“無脈動”流體輸送，保證了試劑在卡盒微通道中傳輸時的穩定性和可靠性，確保了提純核酸的質量。此外，基于卡盒配置用于多靶并檢的等體積擴增反應體系，簡化了繁瑣的體系配置操作并確保了不同點位檢測結果的一致性。該系統已成功用于從牛奶、橙汁和血清中提取大腸桿菌（濃度為50 CFU/mL）的核酸。系統也被驗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）。總之，該系統能夠為多種下游應用提供高純度的核酸。與可視化等溫擴增（如LAMP）檢測方法結合，可實現病原體的現場快速檢測。

研究成果發表在微流控領域知名期刊《分析化學雜志》(Analytica Chimica Acta)。安光所光電子技術研究中心與安徽醫科大學生物醫學工程學院聯合培養的碩士生周久建為第一作者，朱靈研究員和楊柯副研究員為共同通訊作者。

本研究得到了國家重點研發計劃、中國科學院青年創新促進會、醫工融合醫療裝備創新研究院培育項目等支持。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003267024010900

圖 不同壓力和時間條件下試劑轉移的特性及穩定性。