数字化微流控+比色法环介导等温扩增实现多种疾病现场可视化诊断
研究背景
随着全球传染病的流行，核酸检测技术如聚合酶链反应（PCR）和等温扩增在各种疾病的快速诊断中发挥了重要作用。
通常情况下，样品需要通过冷链运输到配备良好的医院或检测中心进行检测。
传统的检测过程高度依赖专业技术人员进行人工操作，从样品到结果的整个过程耗时较长， 无法满足快速现场检测的需求，特别是在资源有限的地区。
此外，样品的运输不仅增加了成本，在储存和运输条件不当的情况下还可能导致样本失效，造成假阴性结果。
研究内容
近日，北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院 (UIC) 雷波教授团队、暨南大学董铖副教授与珠海市迪奇孚瑞生物科技有限公司合作开发了一种基于数字微流控（DMF）技术和环介导等温扩增（LAMP）显色反应的可视化检测平台。
该平台包含多个反应单元可同时检测多个样本中的多个靶标基因，大大提高了检测效率。此外，利用 DMF 强大的液滴操控能力，实现了自动化终点检测，避免了传统终点检测方法中由于开盖等人工操作引起的污染问题。该研究通过将高浓度的干燥染料应用于 LAMP 的显色检测，大大提高了小体积反应液滴（5 μl）的显色程度，使得反应结果无需特定的光源条件，在环境光照下即可进行肉眼判读。
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该平台应用于水产病害检测，快速、准确地检测出对虾的三种常见病原体：肠细胞隐孢子虫（EHP）、传染性皮下和造血组织坏死病毒（IHHNV）以及白斑综合征病毒（WSSV）,检测限为 101 拷贝/μl DNA。在这项研究中，该团队还对 DMF-LAMP 方法进行了特异性和真实样品检测能力的评估。特异性实验结果表明，该方法在与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌以及早期死亡综合征（EMS）和对虾血细胞虹彩病毒（SHIV）等水及水产品中常见病原体的交叉反应测试中均无非特异性扩增， 表现出良好的特异性。在真实样本检测实验中，分别用 DMF-LAMP 法和 qPCR 商业试剂盒对 58 个虾样本进行检测，结果表明，DMF-LAMP 方法与商业化的 qPCR 方法检测结果高度一致，Kappa 值在 0.91 至 1 之间，证明了该方法在实际应用中的可靠性和准确性。
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该团队还提出一种基于 RGB 的图像处理方法，利用智能手机在不同室外光照下获得结果图像，通过 RGB 分析，提出了一种简单的判读方法，未来有望创建自定义的手机 app，以实现大批量结果的快速自动化分析。
▲ | 图3. 基于 RGB 的图像处理分析。（a）在 DMF 芯片上进行包含中性红的 LAMP 反应，并使用智能手机捕捉图像。手动选择感兴趣区域（ROI），并在 ImageJ 中测量 ROI 的平均 RGB 值。（b）根据在实验室 LED 照明下捕捉的图像提取RGB值，比较阴性反应（n = 120）和阳性反应（n = 120）的平均值。（c）由阴性和阳性反应 RGB 值计算得出的差值。（d）在不同照明条件下，绘制阴性（N-）和阳性（P-）结果的 R/G 比和 B/G 比的图表。LED：室内 LED 照明，N-OBL：室外明亮照明，OML：室外适中照明，N-ODL：室外昏暗照明。 |
该成果以“A digital microfluidic platform coupled with colorimetric loop-mediated isothermal amplification for on-site visual diagnosis of multiple diseases ”(《数字化微流控平台结合比色法环介导等温扩增技术用于多种疾病的现场可视化诊断》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a Chip 上。
未来展望
该研究建立的 DMF-LAMP 平台在临床、生物医学、食品安全和环境等领域具有广泛应用前景，具有成本低、操作简单，检测效率高等优势。未来将进一步在该平台上整合样本处理如核酸提取等步骤，以实现“样本进-结果出”的一体化检测。
论文信息
A digital microfluidic platform coupled with colorimetric loop-mediated isothermal amplification for on-site visual diagnosis of multiple diseases
Mei Xie, Tianlan Chen, Zongwei Cai, Bo Lei* and Cheng Dong*
Lab Chip, 2023, 23, 2778-2788
https://doi.org/10.1039/D2LC01156E
作者简介
北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院（UIC）
本文第一作者，主要研究方向为数字微流控技术在农产品质量与食物安全检测方面的应用。
北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院（UIC）
本文通讯作者，现为北师港浸大（UIC）理工科技学院食品科学与工程专业教授、博士生导师、珠海市农产品质量与食物安全重点实验室主任、UIC 食品安全检测中心负责人、珠海市食品安全专家委员会副主任委员。
暨南大学
本文通讯作者，毕业于澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室，获得电机及电脑工程博士学位。现任暨南大学-智能科学与工程学院副教授。
香港浸会大学
珠海市迪奇孚瑞生物科技有限公司
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Lab on a Chip 报道微米和纳米尺度上的微型化研究，力求发表在物理技术（微米或纳米级的制造、流控、系统集成、分析分离技术等）和应用潜力方面都具有高影响力的原创性工作。该刊最为看重的是论文的创新性，所发表的论文通常要在以下两个方面都有所创新：(i) 微型化器件的物理、工程和材料；(ii) 在生物学、化学、环境科学、食品科学、医学、能源等领域中的应用。
Aaron Wheeler
🇨🇦 多伦多大学
Associate editors
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‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件
来源 | RSC英国皇家化学会
