Sensors and Actuators B: Chemical | 深圳先进院研究团队开发了经济有效且能精准定量痕量_生物医学光学与分子影像研究中心

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Sensors and Actuators B: Chemical | 深圳先进院研究团队开发了经济有效且能精准定量痕量

作者:布文婷 门涌帆    发布时间:2021-09-09 14:41    浏览量:
    近日,中国科学院深圳先进技术研究院门涌帆团队的最新成果以A low-cost, programmable, and multi-functional droplet printing system for low copy number SARS-Cov-2 digital PCR determination为题在线发表于材料化学顶级期刊Sensors and Actuators B: Chemical (IF = 7.460) 。深圳先进院医工所生医光学中心门涌帆副研究员为该文章的通讯作者,同组博士后布文婷为该文第一作者。

    2019年冬爆发的新冠疫情将以核酸为目标的分子检测需求推向高潮。目前核酸定量检测的金标准是作为第二代PCR的实时荧光定量PCR(quantitative PCR,qPCR)技术,但其对于低浓度样品而言,精准度和灵敏度都严重受限,感染初期患者或疑似感染者常被诊断为假阴性,严重妨碍疫情防控。作为第三代PCR的液滴数字PCR(Droplet digital polymerase chain reaction, ddPCR)技术的出现,极大提高了核酸检测的准确率及灵敏度。然而,由于高昂的成本以及繁琐的操作流程,ddPCR的应用目前主要集中在科研领域,临床应用虽有一定推广,但依然有限。

    为此,门涌帆副研究员团队开发了一套微流控自适应打印系统(Microfluidic Adaptive Printing system, MAP),该系统可高效便捷地实现芯片上的微小液滴定点打印。和传统的依赖表面处理实现液滴生成的系统相比,MAP系统可以在无任何预处理的普通玻璃表面打印任意指定形式的液滴阵列,并直接进行PCR扩增和数据收集,无需二次转移。处于静态且相互独立的液滴大大降低了交叉污染的可能性,并可实现液滴动态追踪及实时数据采集与分析。MAP微流芯片由两层廉价的PDMS组成:上层为包括12个通道的直流道、圆形储液池、进样口以及进气口的厚层;下层为带有12个喷嘴的薄层,两层PDMS通过等离子键合组成一个类似连通器的微流通道。通过自主研发的软件控制三轴机动模块的位移以及打印气压的大小,MAP系统可在指定位置生成符合预期大小的稳定液滴阵列。该系统整体成本比市面上的液滴生成设备价格降低至少10倍。

    此外,为了验证MAP系统在核酸精准定量方面的应用价值,研究团队首先以人类全基因组cDNA上的GAPDH基因为模版,进行金标准qPCR和MAP-ddPCR结果对比,发现当样品浓度小于102 copies/μL,MAP-ddPCR的数据线性度更好,重复性也更高;在此基础上,研究团队成功检测出个位数拷贝浓度的人工合成新冠类病毒ORF1ab和N基因片段,证明该系统可以极大降低新冠病毒检测的假阴性率。综上所述,MAP系统在痕量分子精准定量领域具有很强的应用价值和潜力。
    该工作获得了国家自然科学基金青年科学基金项目、广东省科技厅、深圳市科创委以及深圳湾实验室开放基金等项目的支持。