一款适用于现场即时诊断的低成本、快速RT-PCR系统

新冠病毒（SARS-CoV-2）大流行已经给全球卫生系统造成严重危害。为了应对这一挑战，基于实时荧光定量PCR扩增（RT-PCR）的核酸分子定量检测技术以其独特的高灵敏的优势，已经作为当前最重要一种技术手段广泛用于流行性传染病的预防和控制。然而，传统的RT-PCR仪主要是面向中心实验室开展核酸检测业务，无法在实验条件不足或场地资源有限的环境下有效运行。因此，具备现场快速即时诊断（POCT）能力的RT-PCR系统对于非实验室环境下传染性疾病的及时防控尤为重要和迫切。

当前已经市场化的主流POCT核酸检测系统主要是通过一次性的微流控检测卡盒将核酸样本制备（一般包括细胞裂解、核酸提取）、PCR扩增和荧光检测等步骤集成在一起，实现全过程一体化检测。尽管这些商用系统的检测卡盒大多采用主动微流体泵送技术对其微流道中的液体流动施加精准控制，但是，这种主动微流体控制技术对于外部能量源或致动器的依赖，会导致一体化检测卡盒系统的设计复杂度和成本明显增加。

与主动微流体泵送技术不同，被动微流体泵送技术不需要任何外部的致动器或能量源，因此可以大大简化系统设计。但是，这种被动式微流控技术在面对复杂样本的核酸提取任务时难以提供精准可靠的动态流体控制，长期以来没有能够在RT-PCR核酸检测方面发挥作用。新冠疫情爆发以来，针对拭子样本的检测需求大为增加，一种新型核酸免提取的直接PCR扩增方案日渐成熟，这为基于被动泵送技术开发小型化、低成本的POCT现场快速核酸检测系统提供了契机和思路。

近日，东南大学王遵亮副教授、何农跃教授团队与基蛋生物苏恩本教授团队校企合作，研制开发了一款适用于现场即时诊断的低成本、快速RT-PCR系统。该系统的最大特色在于采用被动微流体泵送策略设计了一种重力驱动的微流控检测卡盒，其针对拭子采集样本，可以实现免提取的直接扩增分析，使卡盒内流体的操控摆脱了对于外部能量源或致动器的依赖，从而大大降低微流控卡盒系统的设计复杂性和研制成本。经过大量可靠的临床样本测试，基于该卡盒的RT-PCR检测系统在短短30分钟内便可完成包括SARS-CoV-2、A型/B型流感病毒在内的呼吸道病毒RNA的检测，又能完成人乳头瘤病毒HPV16/18为代表的高危型性传播感染病毒DNA的检测，实现“样本进-结果出”整个过程一体化检测目标。  

图1 基于重力驱动微流控卡盒的一体化POCT核酸检测系统模块结构 该成果以“A sample-to-answer, quantitative real-time PCR system with low-cost, gravity-driven microfluidic cartridge for rapid detection of SARS-CoV-2, influenza A/B, and human papillomavirus 16/18†”为题，发表在英国皇家化学会权威期刊Lab on a Chip上，并入选热点论文。

该论文展示的整个POCT核酸检测系统主要由微流体检测卡盒、用于PCR扩增的快速变温模块以及4通道荧光检测模块组成（图1）。其中，最为核心的检测卡盒包括分别用于核酸加样、裂解、混匀和扩增的反应腔室（图2A）。重力驱动的流体泵送策略极大简化了卡盒结构功能设计，使得卡盒尺寸大大缩小（图2B），从而使得整个POCT系统一次运行可以实现多达12个检测卡盒样本的核酸分子检测，克服了当前主流分子POCT系统检测通量的不足。系统现已完成性能测试，正处于临床试验阶段。

图2 重力驱动微流体卡盒功能结构设计（A）及外观展示图（B）

综上所述，该研究所报道的POCT分子检测系统具有简单、灵活、快速、成本低的优点，对于资源贫乏和实验室条件不足的地区开展传染病防治具有极高的应用前景。

论文信息

https://doi.org/10.1039/D2LC00434H    

审核编辑 ：李倩