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南京大学研发出全集成碟式微流控芯片,实现新冠病毒即时检测

当下新冠病毒卷席全国,并逐步蔓延到全球,这对我国以及全世界的公共卫生应急体系是一次极大的检验。我们国家极快的应急响应能力为疫情的防治筑起了一道又一道的防线。

为了阻止病毒的传播,隔离是一个非常有效的手段,而隔离的“金标准”最终是核酸检测。然而现有病毒核酸检测技术存在一定的局限:1)样品处理及检测过程复杂而且耗时,需要多个仪器配合;2)检测准确率低,假阴性较高;3)以定性检测为主,不能较好地区分亚型和相似症状的流感病毒,造成了交叉感染;4)现场收集的样品需封装送到医院检测,缺少可以在现场进行检测的设备。为了能及时、精准地进行隔离和救治,更为有效地控制疫情的蔓延,急需一种可在现场方便操作的较为准确的即时核酸检测技术。

南京大学现代工程与应用科学学院的王光辉副教授(智能光传感与调控技术教育部重点实验室副主任)带领研究生们,把微流控芯片技术同光学检测与操控技术结合起来,致力于面向生物医疗的快速诊断技术的研究与应用。

微流控芯片技术把生物、化学、医学的整个反应和分析过程集成到一块流体芯片上,自动完成整个以前在实验室才能完成的复杂的实验过程。光学检测是一种重要的非接触式的检测技术,其可用于监测反应的进行,并具有高速、并行、高灵敏度等优点。光学操控技术是基于微纳结构近场光学力的一种可实现大规模微纳样品集成操控的手段。

王光辉老师课题组的研究以微流体、单细胞、纳米颗粒、生物大分子为对象,采用 Lab-on-a-Disc、Lab-in-a-Fiber、Lab-on-a-Chip三种技术平台,实现对超微量物质进行集成化操控、反应控制及高灵敏度的光学检测,并拓展其在生物医疗、公共安全等方面的应用。主持的相关研究获得国家自然科学基金青年项目(2014-2016)、面上项目(2019-2022)、重点项目(2016-2020,排名第二)以及科技部重点研发计划课题(2016-2019)等的支持。近年来在国际上主要期刊发表SCI论文50余篇,其中6篇作为通信作者或者第一作者发表在微流控领域的顶级期刊《Lab on a chip》(IF6.1)。

芯片 

针对离心力驱动的Lab-on-a-Disc技术,课题组首次提出了“多态”及“有源”离心力微流控芯片的概念,及先进的流体芯片设计与封装技术,使得在芯片上可以实现更复杂的逻辑结构和功能操控,相关文章应邀在《Lab on a chip》封面上发表。最终实现了把样品前处理、核酸提取及核酸扩增检测等过程集成到一个光盘大小的流体芯片上,可以应用于“样品进、结果出”的即时检测(POCT)场景,并开展了病毒核酸检测、药敏检测、验证因子检测及胃癌标志物的检测等芯片研制。

为了推进技术的真正应用,课题组还同江苏省疾控中心及南京鼓楼医院开展深入合作,相关的项目“基于离心力微流控芯片的重要境外输入性传染病核酸即时检测技术及应用”于2019年获得江苏省重点研发计划支持。该技术把核酸提取及恒温扩增检测集成到一个芯片中,实现了全流程45分钟内的病毒检测。

扩增芯片 

经过团队努力及同合作单位的研讨,研发了包括新型冠状病毒在内的集多病毒的核酸提取与实时荧光定量PCR扩增检测方案,并设计了芯片及检测系统,为后期的进一步技术创新做了充分的准备。课题组还积极进行新冠研发的校级、市级及省级项目的申报,并获得“南京大学新型冠状病毒应急专项”支持。该技术的推广将可以极大地降低对操作人员、实验仪器和实验场所的依赖,可以用于基层医病机构甚至社区进行传染病病毒的快速筛查。其有助于推进医疗资源的合理配置,促进“突发传染病应急管理体系”朝着更加合理有效的方向发展。

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