基于智能手機(jī)控制設(shè)計(jì)的自動(dòng)化便攜式系統(tǒng)

本文開(kāi)發(fā)了一種基于智能手機(jī)控制的自動(dòng)化便攜式系統(tǒng)，采用 LAMP 等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定病原體靶標(biāo)的檢測(cè)。采用磁珠法來(lái)純化病毒或細(xì)菌樣品。在低溫下實(shí)現(xiàn)病原體裂解。

擴(kuò)增過(guò)程中采用比色法對(duì)其擴(kuò)增結(jié)果進(jìn)行比色分析。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可在 40 min 內(nèi)完成。

檢測(cè)病原體的系統(tǒng)操作流程如圖 1 所示。

圖1

所有試劑均在片外制備并在檢測(cè)前裝入芯片對(duì)應(yīng)的腔室中。

液體通過(guò)毛細(xì)力自發(fā)填充微通道，并被疏水軟閥阻止，這可以通過(guò)設(shè)備上配備的沖壓機(jī)構(gòu)按需觸發(fā)。

芯片整體結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2

顏色強(qiáng)度（病毒或細(xì)菌載量）由顏色傳感器測(cè)量，整個(gè)分析過(guò)程可在 40 min 內(nèi)自動(dòng)執(zhí)行。

如圖 3 所示，自驅(qū)動(dòng)微流控芯片由 PDMS 微流控結(jié)構(gòu)層、親水膜、疏水 PDMS 層和玻璃基板組成。

圖 3

如圖 4 所示，該芯片具有兩個(gè)模塊：樣品預(yù)處理模塊和 LAMP 反應(yīng)模塊。

前者由 4 個(gè)深度為 2 mm 的儲(chǔ)液腔組成，用于儲(chǔ)存樣品、磁珠、洗滌緩沖液和裂解緩沖液，其儲(chǔ)液腔直徑分別為 4、4、6 和 5 mm。液體通道的寬度和高度分別為 600 μm 和 500 μm。出口腔內(nèi)放置了一個(gè)毛細(xì)管泵和四張濾紙用于液體輸送，收集廢液。

LAMP 反應(yīng)模塊由單獨(dú)用于陰性對(duì)照、陽(yáng)性對(duì)照和測(cè)試樣品的區(qū)域（直徑 6 mm，高0.5 mm）。

圖 4

樣品檢測(cè)區(qū) 通過(guò)蛇形通道與樣品預(yù)處理區(qū) 相連；該通道可以減少 LAMP 擴(kuò)增期間的液體回流，因?yàn)樗鄬?duì)窄 (400 μm)、較長(zhǎng)且具有多個(gè)直角轉(zhuǎn)彎。

在每個(gè)儲(chǔ)液腔的下游端插入疏水軟閥用來(lái)阻止液體流動(dòng)。每一個(gè)閥都可以通過(guò)一個(gè)沖壓機(jī)構(gòu)單獨(dú)激發(fā)。雙入口和單入口疏水軟閥的最大寬度分別為 3400 和 1900 μm，閥門(mén)的高度均為 550 μm。

圖 5

在進(jìn)行分析之前，將所有試劑加載到芯片上相應(yīng)容器中，包括 20 μL 病原體樣品、20 μL 磁珠、25 μL 、20 μL 裂解緩沖液和 25 μL LAMP 反應(yīng)混合物。

首先通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)按壓疏水軟閥使其關(guān)閉，讓樣品和磁珠充分接觸。然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)腔中在室溫下孵育 5 min。同時(shí)在按壓疏水軟閥的同時(shí)施加垂直方向的振動(dòng)攪拌，從而實(shí)現(xiàn)高效混合。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。

圖 6

本文通過(guò)一個(gè)機(jī)械模塊來(lái)控制一個(gè)沖床(punch)在 Z 軸方向以 6.9 Hz 的頻率反復(fù)上下撞擊混合區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)高效混合（圖 7d）。該方法可使得混合效率在 1 s 內(nèi)從 28.9 % 增加到 98.6 %（圖 7e）。

圖 7

審核編輯：劉清