中山大学周建华团队：“样品进-结果出”多种病原微生物同时快速检测的集成芯片
近日，中山大学生物医学工程学院周建华教授团队在Sensors and Actuators B: Chemical期刊上发表了研究论文，报道了一种一体化石墨烯核酸检测微流控芯片，旨在实现多种微生物的超快速检测。借助这一芯片，核酸提取和检测过程不仅可在9分钟内高效迅速地完成，并且可同时检测多种微生物的存在。
随着微生物核酸检测在疾病诊断和医学研究中的重要性日益凸显，传统的检测方法面临着设备庞大、操作复杂以及耗时长等挑战。在这一背景下，一体化核酸检测技术应运而生，将核酸检测的全流程集成于一体，实现了“样品进-结果出”的快速检测，为微生物鉴别和疾病诊断提供了更为便捷、高效的解决方案。一体化核酸检测技术的显著优点包括采用全封闭式体系，避免了气溶胶污染的隐患，同时消除了对复杂实验室场地的依赖，使其能够广泛应用于急诊、社区医院甚至家庭等多种场境。其“样品进-结果出”模式减少了操作流程、易于操作，降低了人力成本。目前，针对一体化核酸检测技术的研究仍在不断进行。尽管已取得了一些进展，但仍需要克服设备庞大、设计复杂和检测时间长等问题。
为了解决上述问题，周建华教授团队开发了一种一体化石墨烯核酸检测微流控芯片，用于实现多种微生物的超快速检测。该芯片设计简洁，仅由两个主要区域组成：电裂解提取区域和等温扩增检测区域。在电裂解提取区域，微生物穿越石墨烯叉指电极，在交替往复的电场下被迅速电穿孔至破碎释放核酸。随后，释放的核酸溶液被挤压到等温扩增检测区，在这里利用石墨烯加热电极控温实现LAMP等温扩增反应，并通过记录反应溶液的荧光信号的变化对核酸进行检测。
研究结果显示，该芯片上电裂解区域的石墨烯叉指电极，作为一种有厚度且性能稳定的电极，其提供的电场使得细菌裂解提取核酸过程仅需1秒钟。而等温扩增检测区的荧光照片和荧光变化曲线均表明，10 copies/μL的幽门螺旋杆菌扩增时间不超过9分钟，极大地缩短了总检测时间。
此外，微流控芯片具备三个并行的检测通道，可在9分钟内同时检测多种微生物，如白色念珠菌、金黄色葡萄球菌和幽门螺旋杆菌。
因此，这种一体化芯片具备超快速、多目标检测、简单设计和低成本等多重优势，为各种现场实时检测环境提供了有效的检测工具。随着技术的进一步发展，这种一体化核酸检测芯片有望为微生物鉴定、疾病诊断等领域提供更为便捷和高效的解决方案。
