新冠病毒的爆发在多方面对体外诊断市场产生了深远的影响。RT-PCR被认为是最准确和值得信赖的诊断方法，但其成本高、耗时长、供应短缺等劣势限制了它的即时检测（POCT）应用。市场不断增长的需求和现有技术的局限加速了新技术的开发和应用。相较于RT-PCR，RT-LAMP呈现出低成本、高灵敏度、高特异性、更快速的显著优势，且无需热循环和复杂的设备。然而，该方法通常需要对样品进行预处理和纯化。POCT器件提供更快速、更可靠检测结果的同时对操作人员的要求低，是一种十分有潜力的现场检测替代方案，但其仍然缺乏合适的样品前处理方法。
为了解决上述问题，庆熙大学Tae Seok Seo教授研究团队将具有小型化、集成化、自动化和同时进行多重测定能力优势的微流控芯片与基于物联网的即时检测设备（IoT-POC）相结合，实现对呼吸道病毒的检测，并将相关研究成果发表在高水平期刊Lab on a Chip上。
图1 自主式微流控芯片示意图。（A）检测工作流；（B）芯片正面；（C）芯片背面；（D）芯片的等分结构；（E）芯片的顶部和底部；（F）采用PSA 薄膜密封芯片。
该芯片尺寸为6.8 cm × 3.5 cm × 3.0 mm, 深度为2.5 mm。由7个功能室组成，可存储整个诊断过程所需的所有试剂，如图1B、C所示。为了确保RT-LAMP反应溶液在四个反应室中均匀分布，采用圆形蜡阀和微通道做了等分结构，如1D所示。在芯片的底部有六个可与电磁阀和注射泵相连接的孔道，样品可通过孔道完成加载，如图1E所示。如图1F，整个芯片的正面和背面均使用PSA膜密封，避免在诊断过程中发生漏液。
图2 IoT-POC设备上的芯片流体控制示意图。（A）自主式芯片的数字示意图；（B）完成组装的IoT-POC诊断设备数字图像；（C）RT-LAMP反应过程。
冻干的RT-LAMP混合物储存在芯片内锯齿形通道的前半部分，特异性引物和荧光染料在PSA薄膜密封前添加进四个反应室，反应过程所需的试剂通过孔道加入对应功能室，如图2A所示。当芯片插入POC设备时，使用盖子将芯片固定并牢固地压入到位，如图2B所示。RT-LAMP反应过程如图2C所示，首先使用含有磁珠的裂解液裂解吸附RNA，打开裂解室的电磁阀，缓慢抽动与混合室孔道连接的注射器转移裂解液至混合室。激活混合室后面的电磁体捕获磁珠，反向抽动注射器将裂解液转移回裂解室。然后，以同样的方式依次转移洗涤液I和II、洗脱液对吸附有RNA的磁珠分别进行洗涤与洗脱。完成洗脱的RNA在推动模式下进入锯齿形室形成RT-LAMP混合物后等分进入反应室进行RT-LAMP反应。
图3 IoT-POC诊断设备性能验证示意图。（A）特异性验证；（B）灵敏性验证。
研究团队使用了SARS-CoV-2、甲型流感和乙型流感三种呼吸道病毒评估了所设计平台的检测性能。结果表明在涂有特定LAMP引物的各反应室内均能成功识别出特定的病毒，且SARS-CoV-2的检出限为1 × 10² copies/μL，甲型、乙型流感检出限均为1 × 10² pfu/mL，表明该检测平台具有良好的特异性和灵敏性。
该检测平台从采样到出结果全程仅需三步，耗时70 min，如图1A所示。这为资源有限的环境进行呼吸道病毒的快速分子诊断提供了简单、经济高效的解决方案。
https://doi.org/10.1039/D3LC00933E
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《苹果在无创血糖监测领域的发明专利与产业布局分析》
《基于拉曼光谱的血糖监测专利态势分析-2024版》
《雅培辅理善瞬感持续血糖监测传感器产品分析》
《印刷和柔性传感器技术及市场-2024版》
新冠病毒的爆发在多方面对体外诊断市场产生了深远的影响。RT-PCR被认为是最准确和值得信赖的诊断方法，但其成本高、耗时长、供应短缺等劣势限制了它的即时检测（POCT）应用。市场不断增长的需求和现有技术的局限加速了新技术的开发和应用。相较于RT-PCR，RT-LAMP呈现出低成本、高灵敏度、高特异性、更快速的显著优势，且无需热循环和复杂的设备。然而，该方法通常需要对样品进行预处理和纯化。POCT器件提供更快速、更可靠检测结果的同时对操作人员的要求低，是一种十分有潜力的现场检测替代方案，但其仍然缺乏合适的样品前处理方法。
为了解决上述问题，庆熙大学Tae Seok Seo教授研究团队将具有小型化、集成化、自动化和同时进行多重测定能力优势的微流控芯片与基于物联网的即时检测设备（IoT-POC）相结合，实现对呼吸道病毒的检测，并将相关研究成果发表在高水平期刊Lab on a Chip上。
图1 自主式微流控芯片示意图。（A）检测工作流；（B）芯片正面；（C）芯片背面；（D）芯片的等分结构；（E）芯片的顶部和底部；（F）采用PSA 薄膜密封芯片。
该芯片尺寸为6.8 cm × 3.5 cm × 3.0 mm, 深度为2.5 mm。由7个功能室组成，可存储整个诊断过程所需的所有试剂，如图1B、C所示。为了确保RT-LAMP反应溶液在四个反应室中均匀分布，采用圆形蜡阀和微通道做了等分结构，如1D所示。在芯片的底部有六个可与电磁阀和注射泵相连接的孔道，样品可通过孔道完成加载，如图1E所示。如图1F，整个芯片的正面和背面均使用PSA膜密封，避免在诊断过程中发生漏液。
图2 IoT-POC设备上的芯片流体控制示意图。（A）自主式芯片的数字示意图；（B）完成组装的IoT-POC诊断设备数字图像；（C）RT-LAMP反应过程。
冻干的RT-LAMP混合物储存在芯片内锯齿形通道的前半部分，特异性引物和荧光染料在PSA薄膜密封前添加进四个反应室，反应过程所需的试剂通过孔道加入对应功能室，如图2A所示。当芯片插入POC设备时，使用盖子将芯片固定并牢固地压入到位，如图2B所示。RT-LAMP反应过程如图2C所示，首先使用含有磁珠的裂解液裂解吸附RNA，打开裂解室的电磁阀，缓慢抽动与混合室孔道连接的注射器转移裂解液至混合室。激活混合室后面的电磁体捕获磁珠，反向抽动注射器将裂解液转移回裂解室。然后，以同样的方式依次转移洗涤液I和II、洗脱液对吸附有RNA的磁珠分别进行洗涤与洗脱。完成洗脱的RNA在推动模式下进入锯齿形室形成RT-LAMP混合物后等分进入反应室进行RT-LAMP反应。
图3 IoT-POC诊断设备性能验证示意图。（A）特异性验证；（B）灵敏性验证。
研究团队使用了SARS-CoV-2、甲型流感和乙型流感三种呼吸道病毒评估了所设计平台的检测性能。结果表明在涂有特定LAMP引物的各反应室内均能成功识别出特定的病毒，且SARS-CoV-2的检出限为1 × 10² copies/μL，甲型、乙型流感检出限均为1 × 10² pfu/mL，表明该检测平台具有良好的特异性和灵敏性。
该检测平台从采样到出结果全程仅需三步，耗时70 min，如图1A所示。这为资源有限的环境进行呼吸道病毒的快速分子诊断提供了简单、经济高效的解决方案。
https://doi.org/10.1039/D3LC00933E
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《苹果在无创血糖监测领域的发明专利与产业布局分析》
《基于拉曼光谱的血糖监测专利态势分析-2024版》
《雅培辅理善瞬感持续血糖监测传感器产品分析》
《印刷和柔性传感器技术及市场-2024版》
