基于微流控芯片与MS2技术的“便携式病原体核酸分析系统”

所有生物都含有核酸，核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，新型冠状病毒是一种仅含有RNA的病毒，病毒中特异性RNA序列是区分该病毒与其它病原体的标志物。

近期，合肥研究院利用微流控芯片和智能手机构建了一种便携式病原体核酸即时检测系统，基于微流控芯片和智能手机的移动传感技术(MS2技术)，团队研发的高精度温度控制、多色微弱荧光检测、核酸快速扩增、试剂冻干等多项关键技术，构建出便携式病原体核酸即时检测系统。智能手机客户端能进行温度控制、图像采集、数据处理和结果分析等核酸检测全流程。

微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

微流控芯片包括：白金电阻芯片, 压力传感芯片, 电化学传感芯片, 微/纳米反应器芯片, 微流体燃料电池芯片, 微/纳米流体过滤芯片等。

①微流控芯片(microfluidic chip)是当前微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems)发展的热点领域。微流控芯片分析以芯片为操作平台, 同时以分析化学为基础,以微机电加工技术为依托,以微管道网络为结构特征,以生命科学为目前主要应用对象，是当前微全分析系统领域发展的重点。它的目标是把整个化验室的功能,包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上,且可以多次使用。

②微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。其装置特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个纬度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能。因此发展出独特的分析产生的性能。

③微流控芯片的特点及发展优势：微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。

④其产生的应用目的是实现微全分析系统的终 极目标-芯片实验室

⑤目前工作发展的重点应用领域是生命科学领域

⑥当前(2006)国际研究现状：创新多集中于分离、检测体系方面;对芯片上如何引入实际样品分析的诸多问题，如样品引入、换样、前处理等有关研究还十分薄弱。它的发展依赖于多学科交叉的发展。

微弱荧光检测，发光细菌在正常的生理条件下能发出波长在450～490nm 的蓝绿色可见光，在一定的试验条件下发光强度是恒定的。与外来受试物接触后，由于毒物具有抑制发光的作用，发光细菌的发光强度即有所改变，变化的程度与受试物的浓度在一定范围内有很好的相关性，同时与该物质的毒性大小有关。利用发光细菌来检测有毒物质，由于有毒物质仅干扰发光细菌的发光系统，发光强度的变化可以用发光光度计测出，费时较少且灵敏度高，操作简便，结果准确，所以利用发光细菌的发光强度作为指标来监测有毒物质，在国内外越来越受到重视，在环境监测中的应用也越来越广泛。

高精度温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。温度传感器温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。

核酸扩增试验是通过聚合酶链反应等方法检测标本中有无待测菌核酸。此类试验包括荧光实时定量聚合酶链反应、链置换扩增技术(SDA)、连接酶链反应(LCR)等。

1.聚合酶链反应可用于检测由基因点突变、获得启动子、基因易位、重排、扩增等导致的癌基因的异常激活、抑癌基因的失活及检测外源性肿瘤病毒。此外，检测致癌基因的表达水平对选择化疗方案也具有一定的指导意义。

2.聚合酶链反应直接测序从最直观的核酸序列水平研究癌基因突变，为肿瘤的早期诊断及基因治疗提供了理论依据，对引起致病突变的直接鉴定有助于揭示抗 癌基因的失活及肿瘤的发病机制。

3.原位聚合酶链反应由于该方法兼有聚合酶链反应的高灵敏性与原位杂交的细胞内定位两大优点，在染色体重排与转位遗传理论及医学诊断、病源探测等方面发挥重要作用。

4.端粒重复序列扩增法能从100个左右的正常细胞中检出混杂在其中的一个肿瘤细胞的端粒酶活性，大大提高了检出敏感性、速度和效果。但是由于在炎症、非肿瘤性增生即正常增生细胞中也存在明显端粒酶活性，因而限制了该方法的实际应用。

新闻来源：合肥物质科学研究院

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