數(shù)字PCR（dPCR）是一種用于核酸絕對定量的強(qiáng)大技術(shù)，具有超高靈敏度。然而，一個不可或缺的過程——核酸提取（NAE）難以與dPCR整合到一個單一器件中，因為它們都涉及復(fù)雜的過程和精細(xì)的流體操控。目前，微流控領(lǐng)域有兩種主流平臺：基于通道的微流控（channel-based microfluidics，CMF）和數(shù)字微流控（digital microfluidics，DMF）。這兩種技術(shù)的結(jié)合非常具有挑戰(zhàn)性。

為解決上述問題，來自浙江大學(xué)和杭州醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種具有顯著優(yōu)點的光固化通道數(shù)字微流控芯片（pCDMF），其可以實現(xiàn)DMF的所有基本功能，并能夠通過自由設(shè)計各種微通道和微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)CMF的流體功能，從而實現(xiàn)核酸提取與dPCR的整合。相關(guān)研究成果以“Photofabricated channel-digital microfluidics (pCDMF): A promisinglab-on-a-chip platform for fully integrated digital PCR”為題發(fā)表在Sensors and Actuators期刊上。

這種光固化通道數(shù)字微流控芯片使用光固化材料通過光刻技術(shù)直接構(gòu)建微流控通道，無需繁瑣的疏水涂層處理，因而整個制造過程非常簡便。獲得的pCDMF能夠在一個單一的器件中同時精確處理離散微液滴和連續(xù)流體。此外，該研究還旨在證明pCDMF用于一體化樣本到答案的數(shù)字PCR（sample-to-answer digital PCR）的可能性。



（A）用于完全整合NAE和液滴數(shù)字PCR（ddPCR）的擬議pCDMF示意圖。基于DMF的NAE實驗過程包括樣品裂解、DNA與磁珠結(jié)合、洗滌和洗脫四個步驟。然后，含有純化DNA的液滴被驅(qū)動進(jìn)入T型連接通道，用于微液滴生成和隨后的ddPCR檢測；（B）pCDMF的分解圖。由于制造工藝具有相似的光固化機(jī)制，因此可以非常方便地實現(xiàn)多層不同材料的3D堆疊。（C）pCDMF的照片。將紅色染料溶液注入芯片中，使通道結(jié)構(gòu)可見。（D）通道結(jié)構(gòu)圖（紅線）和電極圖案（藍(lán)線）。

pCDMF制造的詳細(xì)工作流程：（A）疏水介電層（HDL）是在帶有圖案電極的載玻片上制造的。它由介電常數(shù)約為5.1的硫醇烯（TE）聚合物和接觸角為110°的氟化聚合物（PFPEDA）組成，可以原位固化并共價連接在一起。（B）光固化通道層（PCL）通過改進(jìn)的CERP方法制造，導(dǎo)電膜嵌入復(fù)合彈性體和PCL之間。由于HDL和PCL表面都存在丙烯酸酯基團(tuán)，因此這兩個部件可以輕松進(jìn)行UV粘合，形成封閉的器件。

綜上所述，該研究開發(fā)了一種名為光固化通道數(shù)字微流控芯片（pCDMF）的新型微流控平臺。這個平臺結(jié)合了基于通道的微流控（CMF）和數(shù)字微流控（DMF）的優(yōu)勢，旨在提高生物醫(yī)學(xué)實驗中核酸提取（NAE）和液滴數(shù)字PCR（ddPCR）的效率和精度。

pCDMF利用光固化材料和簡化的光刻技術(shù)，有效結(jié)合了CMF和DMF的功能。這種設(shè)計使得pCDMF可以同時處理離散的液滴和連續(xù)的流體，這在傳統(tǒng)微流控系統(tǒng)中是不常見的。pCDMF的設(shè)計使其能夠在一個單一的器件中實現(xiàn)NAE和ddPCR的完全整合，這對于生物醫(yī)學(xué)實驗尤其重要。

審核編輯：劉清