病原微生物的快速生物檢測(cè)在實(shí)際生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中備受關(guān)注。盡管該領(lǐng)域已取得了不小的進(jìn)步，但利用微流控方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、快速的生物檢測(cè)仍然具有挑戰(zhàn)性。

為解決上述近期，來自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員提出了一種新穎的生物檢測(cè)策略，該策略結(jié)合了毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控芯片的精確檢測(cè)控制與磁珠的多功能操作能力，能夠高效捕獲副溶血性弧菌，并能顯著提高檢測(cè)值。相關(guān)研究成果以“Manipulation of magnetic beads for actively capturing Vibrio parahaemolyticus and nucleic acid based on microfluidic system”為題發(fā)表在Biomicrofluidics期刊上。

圖1 毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和檢測(cè)原理圖

具體而言，這種微流控芯片采用激光切割技術(shù)制作而成，整個(gè)微流控芯片分為三層（注入層、微通道層和玻璃基底層），總體尺寸為76 × 26 × 1.6 mm3。其中，注入層具有多個(gè)注入口，用于注入包括磁珠懸浮液在內(nèi)的不同的液體樣品。微通道層由BSA壓敏膠層組成，位于注入層和玻璃基底層之間。該微通道層還包括反應(yīng)室（直徑：8 mm）以及與注入層結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的其他腔室，各個(gè)腔室之間通過寬度為600 μm的微通道彼此連接。

利用毛細(xì)管壓力，該研究設(shè)計(jì)的微流控芯片可以實(shí)現(xiàn)液體樣品的快速被動(dòng)注入。在外部磁場(chǎng)作用下，驅(qū)動(dòng)適配體修飾的磁珠與微流控芯片中的副溶血性弧菌及其核酸混合，進(jìn)行快速選擇性捕獲和檢測(cè)，整個(gè)過程僅需40分鐘。

圖2 （a）捕獲核酸和副溶血性弧菌的磁珠示意圖；（b）毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控芯片檢測(cè)的具體步驟示意圖

基于磁珠操縱的毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控系統(tǒng)通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)和操作方式，突破了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的一些局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）自動(dòng)化操作。該系統(tǒng)利用磁珠操縱實(shí)現(xiàn)了液體樣本的自動(dòng)混合和捕獲，大大簡(jiǎn)化了操作流程并提高了操作的自動(dòng)化程度。相比傳統(tǒng)的手動(dòng)操作或依賴特定設(shè)備的操作，這種自動(dòng)化操作方式節(jié)省了時(shí)間和人力成本。

（2）高效混合和捕獲：通過在外部磁場(chǎng)的作用下操縱磁珠，實(shí)現(xiàn)了液體樣本的高效混合和目標(biāo)物的選擇性捕獲。這種磁珠操縱的方式可以提高混合效率，加快反應(yīng)速度，并增強(qiáng)目標(biāo)物的捕獲效率，從而提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度。

（3）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和操作：該系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)化的微流控芯片設(shè)計(jì)，通過毛細(xì)管力和重力輔助進(jìn)樣，避免了復(fù)雜的微通道結(jié)構(gòu)和外部泵的使用。這種簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)和操作方式降低了設(shè)備和材料成本，同時(shí)減少了對(duì)操作人員的技術(shù)要求，使得檢測(cè)過程更加簡(jiǎn)便和高效。

（4）快速檢測(cè)：通過磁珠操縱的快速混合和捕獲，該系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)檢測(cè)過程，通常在40分鐘內(nèi)完成。相比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，這種快速檢測(cè)方式節(jié)省了時(shí)間，適用于需要快速診斷和檢測(cè)的場(chǎng)景。

（5）高度選擇性：通過磁珠操縱實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定生物目標(biāo)的高效選擇性捕獲和檢測(cè)，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。這種高度選擇性的捕獲方式有助于準(zhǔn)確診斷疾病和監(jiān)測(cè)病原體，避免了誤報(bào)和漏報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 副溶血性弧菌捕獲實(shí)驗(yàn)的表征結(jié)果

圖4（a-d）磁珠在微流控芯片反應(yīng)腔中的檢測(cè)過程；（e）副溶血性弧菌捕獲前后的熒光圖像

綜上所述，該研究提出的創(chuàng)新性微流控檢測(cè)平臺(tái)不僅簡(jiǎn)化了微通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，而且采用激光加工制造，大大降低了制造成本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新方法實(shí)現(xiàn)了“片上”檢測(cè)過程的自動(dòng)化，在POCT領(lǐng)域具有相當(dāng)大的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值和潛力。