新冠病毒的爆發在多方面對體外診斷市場產生了深遠的影響。RT-PCR被認為是最準確和值得信賴的診斷方法，但其成本高、耗時長、供應短缺等劣勢限制了它的即時檢測（POCT）應用。市場不斷增長的需求和現有技術的局限加速了新技術的開發和應用。相較于RT-PCR，RT-LAMP呈現出低成本、高靈敏度、高特異性、更快速的顯著優勢，且無需熱循環和復雜的設備。然而，該方法通常需要對樣品進行預處理和純化。POCT器件提供更快速、更可靠檢測結果的同時對操作人員的要求低，是一種十分有潛力的現場檢測替代方案，但其仍然缺乏合適的樣品前處理方法。
為了解決上述問題，慶熙大學Tae Seok Seo教授研究團隊將具有小型化、集成化、自動化和同時進行多重測定能力優勢的微流控芯片與基于物聯網的即時檢測設備（IoT-POC）相結合，實現對呼吸道病毒的檢測，并將相關研究成果發表在高水平期刊Lab on a Chip上。
圖1 自主式微流控芯片示意圖。（A）檢測工作流；（B）芯片正面；（C）芯片背面；（D）芯片的等分結構；（E）芯片的頂部和底部；（F）采用PSA 薄膜密封芯片。
該芯片尺寸為6.8 cm × 3.5 cm × 3.0 mm, 深度為2.5 mm。由7個功能室組成，可存儲整個診斷過程所需的所有試劑，如圖1B、C所示。為了確保RT-LAMP反應溶液在四個反應室中均勻分布，采用圓形蠟閥和微通道做了等分結構，如1D所示。在芯片的底部有六個可與電磁閥和注射泵相連接的孔道，樣品可通過孔道完成加載，如圖1E所示。如圖1F，整個芯片的正面和背面均使用PSA膜密封，避免在診斷過程中發生漏液。
圖2 IoT-POC設備上的芯片流體控制示意圖。（A）自主式芯片的數字示意圖；（B）完成組裝的IoT-POC診斷設備數字圖像；（C）RT-LAMP反應過程。
凍干的RT-LAMP混合物儲存在芯片內鋸齒形通道的前半部分，特異性引物和熒光染料在PSA薄膜密封前添加進四個反應室，反應過程所需的試劑通過孔道加入對應功能室，如圖2A所示。當芯片插入POC設備時，使用蓋子將芯片固定并牢固地壓入到位，如圖2B所示。RT-LAMP反應過程如圖2C所示，首先使用含有磁珠的裂解液裂解吸附RNA，打開裂解室的電磁閥，緩慢抽動與混合室孔道連接的注射器轉移裂解液至混合室。激活混合室后面的電磁體捕獲磁珠，反向抽動注射器將裂解液轉移回裂解室。然后，以同樣的方式依次轉移洗滌液I和II、洗脫液對吸附有RNA的磁珠分別進行洗滌與洗脫。完成洗脫的RNA在推動模式下進入鋸齒形室形成RT-LAMP混合物后等分進入反應室進行RT-LAMP反應。
圖3 IoT-POC診斷設備性能驗證示意圖。（A）特異性驗證；（B）靈敏性驗證。
研究團隊使用了SARS-CoV-2、甲型流感和乙型流感三種呼吸道病毒評估了所設計平臺的檢測性能。結果表明在涂有特定LAMP引物的各反應室內均能成功識別出特定的病毒，且SARS-CoV-2的檢出限為1 × 102 copies/μL，甲型、乙型流感檢出限均為1 × 102 pfu/mL，表明該檢測平臺具有良好的特異性和靈敏性。
該檢測平臺從采樣到出結果全程僅需三步，耗時70 min，如圖1A所示。這為資源有限的環境進行呼吸道病毒的快速分子診斷提供了簡單、經濟高效的解決方案。
https://doi.org/10.1039/D3LC00933E
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