數字PCR（dPCR）是一種用于核酸絕對定量的強大技術，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，因為它們都涉及復雜的過程和精細的流體操控。目前，微流控領域有兩種主流平臺：基于通道的微流控（channel-based microfluidics，CMF）和數字微流控（digital microfluidics，DMF）。這兩種技術的結合非常具有挑戰性。

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

這種光固化通道數字微流控芯片使用光固化材料通過光刻技術直接構建微流控通道，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字PCR（sample-to-answer digital PCR）的可能性。



（A）用于完全整合NAE和液滴數字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與磁珠結合、洗滌和洗脫四個步驟。然后，含有純化DNA的液滴被驅動進入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制，因此可以非常方便地實現多層不同材料的3D堆疊。（C）pCDMF的照片。將紅色染料溶液注入芯片中，使通道結構可見。（D）通道結構圖（紅線）和電極圖案（藍線）。

pCDMF制造的詳細工作流程：（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）通過改進的CERP方法制造，導電膜嵌入復合彈性體和PCL之間。由于HDL和PCL表面都存在丙烯酸酯基團，因此這兩個部件可以輕松進行UV粘合，形成封閉的器件。

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

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

審核編輯：劉清