自21世纪以来，由于SARS、禽流感、甲型流感、埃博拉、寨卡病毒和新型冠状病毒等病毒性传染病的频繁爆发，全球公共卫生面临严重挑战。病毒感染的快速敏感检测对于早期诊断和治疗至关重要，特别是在紧急情况下。目前，核酸检测被认为是病毒感染诊断的黄金标准，但传统的PCR（聚合酶链式反应）检测需要严格的实验室条件、训练有素的人员和笨重的设备。因此，迫切需要一种便携式、快速、准确的现场检测技术，以应对这些挑战。

近期，四川大学华西医院精准医学中心胡文闯教授、呼吸与危重症医学科李为民教授等人开发了一种用于即时病毒核酸检测的微流控DNA/RNA快速检测（μDART）设备。该平台集成了免提取样品裂解、环介导等温扩增和实时比色信号传感等模块，可在15-30分钟内实现“样品进、结果出”的一体化检测。相关研究以“Hermetic microfluidic device for point-of-care viral nucleic acid testing”为题目发表于期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》。

本文要点：

1、本研究提出了一种微流控DNA和RNA快速检测（μDART）装置，用于现场检测各种病毒病原体。

2、该平台密封集成了免提取样品裂解、环介导等温扩增（LAMP）和实时比色信号传感等模块，可在15-30分钟内实现“样品进、结果出”的一体化检测。测试结果可发送至手机进行远程监测。

3、通过负压驱动微腔室和自密封阀的结合实现自动化高精度液体处理，从而简化手动操作并消除核酸气溶胶的泄漏。

4、该设备对SARS-CoV-2的检测限（LOD）低至约53拷贝/mL或2拷贝/反应，灵敏度与核酸检测的金标准相当。

5、在临床应用验证中，对537份SARS-CoV-2鼻拭子样本、74份人乳头瘤病毒16/18（HPV16/18）宫颈拭子样本以及82份猫杯状病毒（FCV）和猫疱疹病毒（FHV）宠物拭子样本进行测试，临床敏感性和特异性分别为92.5%-97.7%和99.7%-100%。

6、研究证实，μDART能够为现场检测和自我检测提供快速准确的结果，并且可通过无线连接实现远程监测。

全文总结/概括：

μDART设备通过以下两个关键设计特点实现了自动化的高精度液体操作：

1、负压驱动的微腔室：

• 微流控芯片内部具有约-96kPa的内置负压，用于将样品溶解液从样本腔室驱动到反应微腔室。

• 该负压环境有助于减少微腔室中气泡的生成，从而提高比色LAMP（环介导等温扩增）检测的准确性和重复性。

2、自封闭阀门：

• 设备在反应微腔室和储液腔室之间配备了带有自密封聚合物珠子的溢流阀。

• 当反应缓冲液流至阀门处，聚合物珠子会迅速膨胀，阻塞微通道，防止液体溢出，同时保证空气可以正常通过。

• 这种阀门机制为在没有外部泵或复杂流体控制系统的情况下，实现精确的自动液体操作创造了条件。

负压驱动流动和自封闭阀门的结合，使得μDART设备能够在密封的微流控芯片内完成精确且自动化的液体操作，简化了操作流程，并消除了核酸气溶胶污染的风险，从而提高了测试的安全性和可靠性。

本研究设计的微流控设备如何提高现场快速检测的准确性和可靠性？

1、集成化设计：μDART设备将样本裂解、等温核酸扩增和实时比色信号传感集成在一个封闭的微流控芯片中，减少了外部环境的干扰，提高了检测的准确性。

2、负压驱动：利用微流控芯片内部的负压环境，实现样本和反应混合物的精确转移，避免了手工操作的误差，增强了检测的重复性。

3、自密封阀门技术：通过自密封阀门防止液体溢出，同时保持空气流通，确保了反应过程中不会有未反应的液体积聚，从而提高了检测的可靠性。

4、实时温度控制：设备内置的加热和温度控制系统能够维持恒定的LAMP反应温度，确保了扩增反应的稳定性和结果的准确性。

5、冻干试剂珠子：使用冻干试剂珠子代替传统的冻干粉，简化了存储和运输过程，减少了冷链需求，同时保证了试剂的均匀性和活性。

6、一步样本裂解：开发了一种无需样本提取的一步裂解方法，减少了样本处理步骤，降低了潜在的抑制物质影响，从而提高检测灵敏度和准确性。

7、便携式和用户友好的操作：μDART设备设计为便携式，操作简单，用户只需进行基本的操作即可完成检测，适合非专业人员使用，增加了检测的普及性。

图1.用于病毒感染检测和监测的μDART POC平台概览。

图2.μDART设备的设计和工作原理。

图3.在μDART上开发和验证SARS-CoV-2检测方法。

图4.μDART平台在SARS-CoV-2、HPV和宠物病毒现场检测中的临床应用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135740