本文提出一种用于现场快速检测核酸的微流控芯片。该芯片集成试剂预存、核酸提取、qPCR 和荧光检测整个过程。系统灵敏度符合现行临床标准(1 copy/ml)，核酸定量过程可在 30 min 内自动完成。

其它系列见体外诊断中液路常用泵动态示意图、一种集成核酸提取和CRISPR的微流控平台、便携式样本进结果出核酸检测仪(附视频)、一种集成裂解、提取和扩增的核酸检测微流控芯片、集成磁珠法核酸提取的离心微流控芯片、基于柱式法核酸提取的全集成离心微流控芯片、迷你样品进结果出核酸检测仪(附视频)

图 1 所示，芯片长、宽、高为 115×80×10 mm。所有组装好的部件都可以通过注塑成型进行批量生产，每个芯片的成本约为 3 美元。

 

图 1

图片来源： POCT分子诊断

 

芯片材料为 PC，由反应腔、扩增腔、废液腔、流道等多个半开放结构通过注塑成型为一体，然后采用 0.1 mm 厚的 PC 薄膜通过热粘合密封。

将芯片放入特定的夹具中，将热键合机预热至 165 ℃，施加 90 kg 压力 60 s 进行键合。

 

图 2

图片来源： POCT分子诊断

 

样品裂解和微珠混合主要发生在反应腔中。

高端医疗器械展了解到，本文采用超声辅助技术，超声头作用于反应室外壁，不直接接触，避免交叉污染，来实现快速裂解和混合。为使反应腔通过超声波产生共振并达到理想的混合效果，反应腔外壁结构的固有频率必须尽可能大。

因此，该空腔设计为球冠状凸结构，如图 3 所示。为保证腔体满足核酸提取试剂的最大体积要求，球冠结构设计为壁厚1mm，球体半径18.9mm，截面圆直径17.6mm。

 

图 3

图片来源： POCT分子诊断

 

集成到芯片中薄片状的扩增腔长、宽、高为 11 × 10 × 1 mm。如图 4 所示, 该腔两侧可以同时经历温度变化，从而大大提高传热速度，可实现6°C/s的温度变化速度。

芯片是一次性的，测试完成后通过旋转阀密封，并集中丢弃以避免交叉污染。

 

图 4

图片来源： POCT分子诊断

 

芯片与机械转阀和分体式储液腔组装共同执行检测功能。 如图 5，机械转阀的主要作用是开关、接通、密封液体回路。其为直径 25 mm 的圆形结构，具有 1 mm 的内部流道。转子由 PC 和热塑性弹性体 (TPE) 复合材料制成。

机械转阀科普见一种微流控芯片流体切换阀、一种用于微流控芯片的流体切换阀、一种用于微流控芯片的通用性微阀、(视频)一种微流控芯片中常见流体切换阀

 

图 5

图片来源： POCT分子诊断

 

如图 6，试剂储存腔由聚丙烯(PP)材料组成，包含 11 个独立的腔。检测时添加样品，其余十个腔预装裂解液、冻干磁珠、洗涤液1(两管)、洗涤液2(两管)、洗涤液3一管、洗脱液、冻干扩增体系和石蜡油。 其中，6c 为该仪器提供向下的压力，并且该腔室与芯片相连

扩增体系被预先冻干成颗粒，可在室温(18-25°C)下保存一年以上。

 

图 6

图片来源： POCT分子诊断

 

芯片操作步骤，首先将 85 μL 样品添加到储液腔中。然后，利用仪器推动芯片内部的针型组件刺穿储存腔的上下密封膜，将芯片本体与试剂腔连接完成准备工作(图 6)。

然后提取过程开始。机械转阀转向不同腔室以特定角度连接，微泵控制液体流动，依次提取样品和裂解液。其中，液体流量控制模块负责通过一个2500 μl的柱塞泵驱动试剂流到指定的腔室。随后，冻干磁珠重新溶解，混合液被泵回反应腔，通过超声波高频振动实现快速裂解。

流程如图 7。

 

图 7

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参考文献

All-in-one microfluidic chip for 30-min quantitative point-of-care-testing of nucleic acids.

 

文章转载来源： POCT分子诊断

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