一种全新的微流体操控方法

即时检测（Point-of-care technology，POCT）是指在接近病人治疗处，由未接受临床实验室学科训练的临床人员或者病人自己进行的临床检测。相比传统的中心实验室检测，即时检测具有操作简便、样本用量少、样本检测周转期短、检测结果即时化等显著优势，在重大疾病早期诊断、烈性传染病快速筛查等领域有重大意义及广泛需求。

先进的微流体操控方法是实现即时检测的重要环节。然而现阶段的微流体操控方法大多基于毛细原理，存在操控功能单一、无法精确定量、稳定性差等问题，在定性检测的应用中容易出现“假阴假阳”的问题，无法满足世界卫生组织（WHO）对于即时检测的需求。

据麦姆斯咨询报道，近期，Nature Communications期刊在线发表了西湖大学工学院姜汉卿团队的最新研究成果。该研究团队提出了一种全新的微流体操控方法（FAST）——同时具备微流体流动方向任意切换、流动快速、精确响应、抵抗环境振动干扰、液体长时间存储等特征，并将其应用于流感病毒的核酸检测中，操作人员只需添加样本并等待82分钟后即可得到检测结果，真正实现了“样本进结果出”的即时检测。

该微流体操控方法基于简单的杠杆原理：在不通气压时，杠杆通过弹性薄膜压紧挡块，将液体密封（图1a）；通入临界气压后，薄膜膨胀将杠杆推开，挡块与薄膜之间形成空隙，微流体可以通过空隙流入后面腔体（图1b）；撤掉气压后杠杆利用连接铰链的弹性自动复位，重新将液体密封。通过调节杠杆的长度及杠杆支点位置等参数，可以方便地对微流体流动临界压力进行调节（图1c、d）。

图1 FAST原理示意图

杠杆开启关闭视频

基于上述原理，通过巧妙的设计，科研团队实现了：

1）微流体串行、并行、顺序及选择性流动状态任意切换（图2a）；流动快速、精确响应（图2d）；抵抗环境振动干扰，在150rad/min的振动下仍然不发生泄露（图2c）。

2）液体长时间存储，两年存储后仅产生0.3%的质量损失（图2b）。

3）适应不同浸润性及黏度液体的操控，可实现对高达5500cp黏度液体的精确操控。

图2 FAST器件功能表征

将上述基本功能单元进行集成设计，科研团队研制了一种集液体存储、自动进样、快速混合及多标志物联检的即时检测器件。利用该器件完成了甲型及乙型流感单一病毒的核酸检测，最低检出限可达102copies/ml，并实现了两种流感病毒的分型检测（图3）。

图3 甲乙流病毒核酸检测结果

最后，研究人员利用FAST技术对36名志愿者进行了流感病毒的核酸检测，并与常规的手工核酸检测方法进行了对比。检测结果表明，FAST技术对临床样本的检测结果与常规方法相当（Pearson, r=0.90）, 并且FAST技术仅需82分钟即可得到检测结果，整个检测过程无需人工干预，而传统方法需要140分钟，且需要手工完成加样、混合、样本转移等操作（图4）。

图4 临床样本检测结果

尽管为实现即时检测出现了多种微流体操控技术，如离心操控技术、离心—气动联合操控技术等，然而同时具备微流体流动方向任意切换、流动快速、精确响应、抵抗环境振动干扰、液体长时间存储等特征的微流控技术仍鲜有报道。这或许就解释了为何虽然出现了多种即时检测产品（如Cepheid、Binx、Visby、Cobas Liat、Rhonda等），但其性能仍无法满足市场需求。这三年新型冠状病毒肺炎的肆虐也对即时检测提出了更高的要求。该研究中的FAST技术不仅同时满足上述所有特性，可以真正实现即时检测，还可以应用于环境监测、食品安全检测、材料合成及制药等多种领域。

西湖大学工学院姜汉卿教授为本文的通讯作者。西湖大学姜汉卿实验室助理研究员梁超博士为本文的第一作者，第二作者杨子航目前团队的科研助理。本研究获得了西湖大学的相关经费支持。

论文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-32676-4

审核编辑 ：李倩