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青島能源所開發便攜式雙重數字液滴PCR系統SI-ddPCR

研發快訊 2025年02月27日 11:56:42來源:中國科學院青島生物能源與過程研究所 15274
摘要近日,青島能源所單細胞中心設計了一種簡單的收斂通道結構微流控芯片,并通過整合液滴發生與反應,開發了一個簡易型、集成化的雙重數字液滴PCR系統SI-ddPCR。

  【儀表網 研發快訊】數字液滴PCR(ddPCR)技術具有更高的靈敏度和準確性,在核酸定量檢測領域具有廣闊的應用前景。由于傳統ddPCR系統依賴精密流體控制單元,導致設備體積龐大、操作流程復雜、經濟成本高,阻礙“去中心化”診斷的發展。近日,青島能源所單細胞中心設計了一種簡單的收斂通道結構微流控芯片,并通過整合液滴發生與反應,開發了一個簡易型、集成化的雙重數字液滴PCR系統SI-ddPCR。該系統無需精確流體控制就能實現液滴分離并逐個檢測,可同步、準確定量2種病毒載量,有望大幅提高數字核酸檢測的便攜度與應用范圍。相關研究成果發表于《分析化學》(Analytical Chemistry)。
 
  圖1. 便攜式雙重數字液滴PCR(SI-ddPCR)系統同步、準確定量2種病毒載量
 
  實時熒光定量PCR(RT-PCR)作為病原檢測的金標準,在大規模疫情篩查與防控中發揮關鍵作用,但陽性檢出率低的技術局限日益顯現。當目標序列濃度較低或被其他序列干擾時易產生假陰性結果,且半定量檢測的結果易受試劑、儀器、操作等因素影響,難以滿足精準診療需求。傳統ddPCR雖具備單分子級絕對定量能力,但受制于復雜流體控制系統和大型設備體積,難以向基層醫療機構和現場檢測場景下沉。研發兼具高靈敏度與便攜特征的集成化ddPCR系統,已成為提升分級診療能力、完善公共衛生應急體系的關鍵技術突破口。
 
  為解決上述問題,單細胞中心博士劉灃儀等人開發一種收斂通道液滴再注入檢測芯片,大幅簡化流體控制單元,降低試劑消耗和設備成本,簡化操作流程。同時,團隊進一步集成前期開發的基于表面浸潤的自發液滴發生芯片,并裝配光學檢測和溫度控制裝置,成功構建了SI-ddPCR檢測系統。
 
  SI-ddPCR系統存在以下優勢:一是液滴檢測不依賴分離油或高精度泵,操作更加可靠和魯棒;二是系統集成了液滴產生、加熱、檢測等模塊,減少了人工干預和樣品損耗,降低了交叉污染風險;三是系統緊湊、便攜,定量結果準確,在咽拭子樣本中檢測新冠病毒(SARS-CoV-2)和甲型流感病毒(H1N1)的準確率為97.5%。
 
  SI-ddPCR系統的開發,促進了便攜式核酸檢測平臺的發展,具有獨特的價值和廣闊的應用前景。在臨床應用中,小型化設備尚不能取代傳統的大型設備,但緊湊、高效節能的設備能滿足床邊診斷的需要;在環境、食品檢測等領域,便攜式數字核酸檢測平臺可以作為重要補充手段,實現對微生物組成和數量的快速檢測。
 
  該工作由青島能源所單細胞中心研究員馬波主持,得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、山東省泰山學者、山東省自然科學基金、青島市科技惠民示范專項項目的支持。(文/劉灃儀 圖/劉陽)

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