即時檢測（Point-of-care technology，POCT）是指在接近病人治療處，由未接受臨床實驗室學科訓練的臨床人員或者病人自己進行的臨床檢測。相比傳統(tǒng)的中心實驗室檢測，即時檢測具有操作簡便、樣本用量少、樣本檢測周轉(zhuǎn)期短、檢測結(jié)果即時化等顯著優(yōu)勢，在重大疾病早期診斷、烈性傳染病快速篩查等領域有重大意義及廣泛需求。

先進的微流體操控方法是實現(xiàn)即時檢測的重要環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)階段的微流體操控方法大多基于毛細原理，存在操控功能單一、無法精確定量、穩(wěn)定性差等問題，在定性檢測的應用中容易出現(xiàn)“假陰假陽”的問題，無法滿足世界衛(wèi)生組織（WHO）對于即時檢測的需求。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，Nature Communications期刊在線發(fā)表了西湖大學工學院姜漢卿團隊的最新研究成果。該研究團隊提出了一種全新的微流體操控方法（FAST）——同時具備微流體流動方向任意切換、流動快速、精確響應、抵抗環(huán)境振動干擾、液體長時間存儲等特征，并將其應用于流感病毒的核酸檢測中，操作人員只需添加樣本并等待82分鐘后即可得到檢測結(jié)果，真正實現(xiàn)了“樣本進結(jié)果出”的即時檢測。

該微流體操控方法基于簡單的杠桿原理：在不通氣壓時，杠桿通過彈性薄膜壓緊擋塊，將液體密封（圖1a）；通入臨界氣壓后，薄膜膨脹將杠桿推開，擋塊與薄膜之間形成空隙，微流體可以通過空隙流入后面腔體（圖1b）；撤掉氣壓后杠桿利用連接鉸鏈的彈性自動復位，重新將液體密封。通過調(diào)節(jié)杠桿的長度及杠桿支點位置等參數(shù)，可以方便地對微流體流動臨界壓力進行調(diào)節(jié)（圖1c、d）。

圖1 FAST原理示意圖

杠桿開啟關閉視頻

基于上述原理，通過巧妙的設計，科研團隊實現(xiàn)了：

1）微流體串行、并行、順序及選擇性流動狀態(tài)任意切換（圖2a）；流動快速、精確響應（圖2d）；抵抗環(huán)境振動干擾，在150rad/min的振動下仍然不發(fā)生泄露（圖2c）。

2）液體長時間存儲，兩年存儲后僅產(chǎn)生0.3%的質(zhì)量損失（圖2b）。

3）適應不同浸潤性及黏度液體的操控，可實現(xiàn)對高達5500cp黏度液體的精確操控。

圖2 FAST器件功能表征

將上述基本功能單元進行集成設計，科研團隊研制了一種集液體存儲、自動進樣、快速混合及多標志物聯(lián)檢的即時檢測器件。利用該器件完成了甲型及乙型流感單一病毒的核酸檢測，最低檢出限可達102copies/ml，并實現(xiàn)了兩種流感病毒的分型檢測（圖3）。

圖3 甲乙流病毒核酸檢測結(jié)果

最后，研究人員利用FAST技術對36名志愿者進行了流感病毒的核酸檢測，并與常規(guī)的手工核酸檢測方法進行了對比。檢測結(jié)果表明，F(xiàn)AST技術對臨床樣本的檢測結(jié)果與常規(guī)方法相當（Pearson, r=0.90）, 并且FAST技術僅需82分鐘即可得到檢測結(jié)果，整個檢測過程無需人工干預，而傳統(tǒng)方法需要140分鐘，且需要手工完成加樣、混合、樣本轉(zhuǎn)移等操作（圖4）。

圖4 臨床樣本檢測結(jié)果

盡管為實現(xiàn)即時檢測出現(xiàn)了多種微流體操控技術，如離心操控技術、離心—氣動聯(lián)合操控技術等，然而同時具備微流體流動方向任意切換、流動快速、精確響應、抵抗環(huán)境振動干擾、液體長時間存儲等特征的微流控技術仍鮮有報道。這或許就解釋了為何雖然出現(xiàn)了多種即時檢測產(chǎn)品（如Cepheid、Binx、Visby、Cobas Liat、Rhonda等），但其性能仍無法滿足市場需求。這三年新型冠狀病毒肺炎的肆虐也對即時檢測提出了更高的要求。該研究中的FAST技術不僅同時滿足上述所有特性，可以真正實現(xiàn)即時檢測，還可以應用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、材料合成及制藥等多種領域。

西湖大學工學院姜漢卿教授為本文的通訊作者。西湖大學姜漢卿實驗室助理研究員梁超博士為本文的第一作者，第二作者楊子航目前團隊的科研助理。本研究獲得了西湖大學的相關經(jīng)費支持。

論文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-32676-4

審核編輯 ：李倩