醫療相關感染（HAIs）是在醫療過程中獲得的感染，已成為全球重大的公共衛生挑戰。重癥監護病房（ICUs）是HAIs的高風險區域，原因在于患者免疫力低下、侵入性器械的廣泛使用以及有利于病原體傳播的封閉環境，其感染率是普通病房的2-4倍。目前，HAIs病原體的檢測主要依賴傳統的微生物培養和分子診斷技術。但傳統檢測方法存在靈敏度不足、耗時久、易污染、成本高、依賴大型設備等局限。環介導等溫擴增（LAMP）與免疫層析檢測（ICA）相結合（LAMP-ICA）形成了一項新技術，為病原體的快速現場檢測提供了理想的技術平臺，有效提高了檢測的靈敏度和便利性。但現有LAMP-ICA技術仍面臨四個關鍵瓶頸：靈敏度有限、檢測時間長、假陽性風險以及成本高。因此，迫切需要開發快速、簡便且高靈敏度的病原體檢測技術，以實現HAIs的早期診斷和及時治療。據麥姆斯咨詢介紹，近日，中國科學院安徽光學精密機械研究所（簡稱“安光所”）光電子中心聯合安徽省第二人民醫院在病原體快速檢測領域取得重要進展，研究團隊將分子診斷（等溫擴增）與免疫診斷（比色/熒光免疫層析）集成在一塊微流控芯片上，實現了病原體“分子+免疫”聯合快速檢測。相關研究成果已經以“Push-Button Microfluidic Platform with Dual-Signal Nanoprobes for Enhanced Sensitivity Detection of Healthcare-Associated Infection Pathogens at Point-of-Care為題”發表于近期的Analytical Chemistry期刊。針對醫院病原檢測的實際需求，研究團隊提出了一種基于硅-金/量子點核殼納米探針（Si@Au/DQD NPs）的雙模（比色/熒光）微流控生物傳感平臺。該平臺開發了以下關鍵策略：（1）設計并合成Si@Au/DQD NPs，有效提高靈敏度并縮短LAMP的擴增時間；（2）構建全集成微流控芯片系統，在密封環境中整合LAMP擴增、產物捕獲和信號檢測功能，以避免交叉污染；（3）利用自主研發的核酸熒光檢測儀建立雙模式（比色/熒光）檢測機制，提供從定性篩查到精確定量的完整檢測解決方案。圖1 基于Si@Au/DQD NPs的雙模LAMP-ICA微流控生物傳感平臺用于HAIs病原體快速檢測的示意圖圖2 雙模LAMP-ICA微流控芯片的設計圖和實物圖該芯片包含三個模塊：（1）緩沖液腔室：為圓柱形真空腔室（直徑約20 mm，高度約3 mm），用于儲存測試緩沖液；（2）擴增/混合腔室：為圓柱形腔體（直徑約12 mm，高度約3 mm），預裝了擴增試劑；（3）試紙條區域：與擴增腔室相距8 mm，以避免熱傳遞，用于目標抗體結合和目視檢測。各模塊通過毛細管相互連接，流體流動通過手動擠壓緩沖液腔室的活塞來驅動，并由蛇形毛細管的毛細作用引導。圖3 雙模LAMP-ICA微流控生物傳感器的分析性能雙模LAMP-ICA微流控生物傳感器的實際性能評估本研究針對金黃色葡萄球菌、嗜肺軍團菌及肺炎克雷伯菌開發了三款專用微流控芯片組，均表現出卓越的分析性能。為了全面驗證這三款微流控芯片的實際性能，研究團隊從四個核心維度開展了系統實驗：特異性、重現性、復雜基質適用性和實際樣本檢測。結果表明，這三款芯片具有優異的特異性，能有效避免交叉干擾。此外，研究團隊通過五次獨立重復實驗評估了重現性。這些特性滿足了早期病原體篩選的要求，降低了丟失低濃度病原體的風險，并且不需要輔助設備，僅通過視覺解釋就可以進行檢測，使其特別適合資源有限的環境。所開發的“等溫擴增-免疫層析”一體化微流控芯片具有以下創新優勢：（1）通過雙模式免疫層析法檢測LAMP擴增產物，顯著提升檢測可靠性與靈敏度，并將檢測時間縮短至30分鐘以內；（2）核酸檢測過程全封閉，有效防止擴增產物泄漏與污染；（3）加入樣本后只需要一步操作，單次成本＜15元。圖4 雙模LAMP-ICA微流控生物傳感器的實際性能性能評估顯示，該技術檢測金黃色葡萄球菌、嗜肺軍團菌及肺炎克雷伯菌的靈敏度達到82-140 CFU/mL，整個過程在30分鐘內完成。此外，通過對25份臨床環境樣本的檢測，驗證了所設計的集成檢測平臺的實用性。總體而言，該技術具有高靈敏度、強特異性以及用于定性比色篩選和定量熒光分析的雙模能力，為醫療相關感染病原體的即時檢測（POCT）提供了高效解決方案，尤其適用于資源有限的環境和現場緊急診斷。未來將進一步在相關醫療機構開展應用研究與推廣工作。https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c05437延伸閱讀：
《微流控技術及市場-2024版》
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
