新冠病毒（SARS-CoV-2）大流行已經給全球衛生系統造成嚴重危害。為了應對這一挑戰，基于實時熒光定量PCR擴增（RT-PCR）的核酸分子定量檢測技術以其獨特的高靈敏的優勢，已經作為當前最重要一種技術手段廣泛用于流行性傳染病的預防和控制。然而，傳統的RT-PCR儀主要是面向中心實驗室開展核酸檢測業務，無法在實驗條件不足或場地資源有限的環境下有效運行。因此，具備現場快速即時診斷（POCT）能力的RT-PCR系統對于非實驗室環境下傳染性疾病的及時防控尤為重要和迫切。

當前已經市場化的主流POCT核酸檢測系統主要是通過一次性的微流控檢測卡盒將核酸樣本制備（一般包括細胞裂解、核酸提取）、PCR擴增和熒光檢測等步驟集成在一起，實現全過程一體化檢測。盡管這些商用系統的檢測卡盒大多采用主動微流體泵送技術對其微流道中的液體流動施加精準控制，但是，這種主動微流體控制技術對于外部能量源或致動器的依賴，會導致一體化檢測卡盒系統的設計復雜度和成本明顯增加。

與主動微流體泵送技術不同，被動微流體泵送技術不需要任何外部的致動器或能量源，因此可以大大簡化系統設計。但是，這種被動式微流控技術在面對復雜樣本的核酸提取任務時難以提供精準可靠的動態流體控制，長期以來沒有能夠在RT-PCR核酸檢測方面發揮作用。新冠疫情爆發以來，針對拭子樣本的檢測需求大為增加，一種新型核酸免提取的直接PCR擴增方案日漸成熟，這為基于被動泵送技術開發小型化、低成本的POCT現場快速核酸檢測系統提供了契機和思路。

近日，東南大學王遵亮副教授、何農躍教授團隊與基蛋生物蘇恩本教授團隊校企合作，研制開發了一款適用于現場即時診斷的低成本、快速RT-PCR系統。該系統的最大特色在于采用被動微流體泵送策略設計了一種重力驅動的微流控檢測卡盒，其針對拭子采集樣本，可以實現免提取的直接擴增分析，使卡盒內流體的操控擺脫了對于外部能量源或致動器的依賴，從而大大降低微流控卡盒系統的設計復雜性和研制成本。經過大量可靠的臨床樣本測試，基于該卡盒的RT-PCR檢測系統在短短30分鐘內便可完成包括SARS-CoV-2、A型/B型流感病毒在內的呼吸道病毒RNA的檢測，又能完成人乳頭瘤病毒HPV16/18為代表的高危型性傳播感染病毒DNA的檢測，實現“樣本進-結果出”整個過程一體化檢測目標。

圖1基于重力驅動微流控卡盒的一體化POCT核酸檢測系統模塊結構 該成果以“A sample-to-answer, quantitative real-time PCR system with low-cost, gravity-driven microfluidic cartridge for rapid detection of SARS-CoV-2, influenza A/B, and human papillomavirus 16/18?”為題，發表在英國皇家化學會權威期刊Lab on a Chip上，并入選熱點論文。

該論文展示的整個POCT核酸檢測系統主要由微流體檢測卡盒、用于PCR擴增的快速變溫模塊以及4通道熒光檢測模塊組成（圖1）。其中，最為核心的檢測卡盒包括分別用于核酸加樣、裂解、混勻和擴增的反應腔室（圖2A）。重力驅動的流體泵送策略極大簡化了卡盒結構功能設計，使得卡盒尺寸大大縮小（圖2B），從而使得整個POCT系統一次運行可以實現多達12個檢測卡盒樣本的核酸分子檢測，克服了當前主流分子POCT系統檢測通量的不足。系統現已完成性能測試，正處于臨床試驗階段。

圖2 重力驅動微流體卡盒功能結構設計（A）及外觀展示圖（B）

綜上所述，該研究所報道的POCT分子檢測系統具有簡單、靈活、快速、成本低的優點，對于資源貧乏和實驗室條件不足的地區開展傳染病防治具有極高的應用前景。

論文信息

https://doi.org/10.1039/D2LC00434H

審核編輯 ：李倩