抗生素耐药基因（ARGs）对环境和公共健康构成严重威胁，而废水是ARGs的重要来源，因此对其监测需求日益增长。微流控设备通过在微/纳米尺度空间内精确控制和操作流体，可集成样品检测的基本功能单元，在废水中ARGs的检测方面展现出巨大潜力。

近期，广西大学朱红祥教授联合中国科学院地球化学研究所毛康等人发表综述，主要介绍了微流控识别抗生素耐药基因（ARGs）的研究现状，便携式微流控芯片的优缺点，以及便携式微流控芯片检测废水中ARGs的潜力。相关研究内容以“Portable microfluidic devices for monitoring antibiotic resistance genes in wastewater”为题目发表于期刊《Microchimica Acta》。

本文要点：

1、本文总结了微流控技术在ARGs识别中的最新进展，分析了便携式微流控芯片的优缺点，并评估了其检测废水中ARGs的潜力。

2、等温核酸扩增和CRISPR/Cas是常用的识别技术，前者灵敏度高但易受引物设计和污染影响，后者特异性强，两者结合可实现互补。

3、相比传统微流控芯片，低成本、生物相容性好的纸基微流控更具吸引力，但其重复性和高通量检测能力较弱。

4、未来需开发高通量微流控芯片，并优化识别技术，以在复杂废水基质中实现ARGs的高选择性和高灵敏度检测。

一张图读懂全文：

等温核酸扩增技术在检测抗生素耐药基因（ARGs）方面具有以下优势：

1、高灵敏度：等温核酸扩增可以快速放大少量目标DNA，较传统PCR而言，检测灵敏度提高10-100倍。

2、反应快速：等温核酸扩增在15-60分钟内即可完成，大大缩短了检测时间。

3、操作简单：等温核酸扩增无需复杂的温度循环，可在简单的设备上进行，便于现场检测。

4、抗干扰性强：等温核酸扩增可以克服样品中的一些干扰因素，如非特异性扩增，提高检测的准确性。

5、可实现多重检测：通过设计不同的引物，等温核酸扩增可以同时检测多种ARGs，提高检测效率。

开发便携式微流控设备用于检测抗生素耐药基因（ARGs）存在以下几个主要挑战：

1、样品预处理集成不足：目前大多数研究都在微流控设备外进行样品预处理，如浓缩、裂解和纯化等步骤，降低了设备的便携性和自动化水平。

2、重复性和高通量检测能力有限：纸基微流控虽然成本低廉、生物相容性好，但在重复性和高通量检测方面能力较弱，难以满足实际应用需求。

3、复杂环境干扰：废水中存在多种污染物，如细菌、病毒、重金属和化学品，会干扰ARGs的检测，加大了检测难度。

4、ARGs浓度较低：废水中ARGs浓度普遍较低，这也增加了检测的挑战。

5、缺乏统一的标准和规范：微流控设备的生产工艺复杂，目前缺乏统一的标准和规范，限制了其商业化应用。

总之，要开发能够有效检测废水中ARGs的便携式微流控设备，需要解决样品预处理集成、重复性和高通量检测、复杂环境干扰、低浓度ARGs检测以及标准化等一系列技术难题。

图1.通过等温核酸扩增检测ARGs。

图2.通过CRISPR/Cas技术识别和检测ARGs。

图3.利用核酸扩增和基于CRISPR的系统来识别ARGs及其在废水分析中的应用。

图4.微流控技术在ARGs检测和废水分析中的应用。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s00604-024-06898-w