数字化微流控平台结合比色法环介导等温扩增技术

用于多种疾病的现场可视化诊断

研究背景及摘要

随着全球传染病的流行，核酸检测技术如聚合酶链反应（PCR）和等温扩增在各种疾病的快速诊断中发挥

了重要作用。通常情况下，样品需要通过冷链运输到配备良好的医院或检测中心进行检测。传统的检测过

程高度依赖专业技术人员进行人工操作，从样品到结果的整个过程耗时较长， 无法满足快速现场检测的需

求，特别是在资源有限的地区。此外，样品的运输不仅增加了成本，在储存和运输条件不当的情况下还可

能导致样本失效，造成假阴性结果。因此，开发快速、简单、低成本的现场检测平台具有重要意义。

研究内容简介

近日，北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院雷波教授团队、珠海市迪奇生物科技有限公司、暨南大学

与香港浸会大学合作开发了一种基于数字微流控（DMF）技术和环介导等温扩增（LAMP）显色反应的可

视化检测平台。该平台包含多个反应单元可同时检测多个样本中的多个靶标基因，大大提高了检测效率。

此外，利用DMF强大的液滴操控能力，实现了自动化终点检测，避免了传统终点检测方法中由于开盖等人

工操作引起的污染问题。该研究通过将高浓度的干燥染料应用于LAMP的显色检测，大大提高了小体积反

应液滴（5 μl）的显色程度，使得反应结果无需特定的光源条件，在环境光照下即可进行肉眼判读。

图1. 用DMF-LAMP方法进行对虾疾病诊断的总示意图。（a）样品制备。（b）芯片上操作和LAMP反应。（c）DMF芯片

的侧视图和控制系统的方块图。（d）中性红的分子结构以及由阳性LAMP扩增引起的颜色转变。（e）从样品到结果的整

个过程的时间轴。

该台应用于水产病害检测，快速、准确地检测出对虾的三种常见病原体：肠细胞隐孢子虫（EHP）、传染

性皮下和造血组织坏死病毒（IHHNV）以及白斑综合征病毒（WSSV）,检测限为101拷贝/μl DNA。 在

这项研究中，该团队还对DMF-LAMP方法进行了特异性和真实样品检测能力的评估。特异性实验结果表

明，该方法在与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌以及早期死亡综合征（EMS）和对虾血细胞

虹彩病毒（SHIV）等水及水产品中常见病原体的交叉反应测试中均无非特异性扩增， 表现出良好的特异

性。在真实样本检测实验中，分别用DMF-LAMP法和qPCR商业试剂盒对58个虾样本进行检测，结果表

明，DMF-LAMP方法与商业化的qPCR方法检测结果高度一致，Kappa值在0.91至1之间，证明了该方法

在实际应用中的可靠性和准确性。

图2. DMF芯片设计与制造。ITO玻璃上涂有疏水表面作为顶板。覆有疏水涂层的PCB基板被用作底板。在芯片组装之前，

底板上装载了LAMP试剂并进行了风干处理。这两个板之间夹着一个0.6毫米的间隔层用于液滴传输和LAMP反应。

该团队还提出一种基于RGB的图像处理方法，利用智能手机在不同室外光照下获得结果图像，通过RGB

分析，提出了一种简单的判读方法，未来有望创建自定义的手机app，以实现大批量结果的快速自动化

分析。

图3.基于RGB的图像处理分析。（a）在DMF芯片上进行包含中性红的LAMP反应，并使用智能手机捕捉图像。手动选择

感兴趣区域（ROI），并在ImageJ中测量ROI的平均RGB值。（b）根据在实验室LED照明下捕捉的图像提取RGB值，

比较阴性反应（n = 120）和阳性反应（n = 120）的平均值。（c）由阴性和阳性反应RGB值计算得出的差值。（d）在

不同照明条件下，绘制阴性（N-）和阳性（P-）结果的R/G比和B/G比的图表。LED：室内LED照明，N-OBL：室外明亮

照明，OML：室外适中照明，N-ODL：室外昏暗照明。

该成果以“A digital microfluidic platform coupled with colorimetric loop-mediated isothermal 

amplification for on-site visual diagnosis of multiple diseases ”(《数字化微流控平台结合比色法

环介导等温扩增技术用于多种疾病的现场可视化诊断》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊

Lab on a Chip上。

未来展望

该研究建立的DMF-LAMP平台在临床、生物医学、食品安全和环境等领域具有广泛应用前景，具有成本

低、操作简单，检测效率高等优势。未来将进一步在该平台上整合样本处理如核酸提取等步骤，以实现

“样本进-结果出”的一体化检测。

论文信息

A digital microfluidic platform coupled with colorimetric loopmediated isothermal amplification 

for on-site visual diagnosis of multiple diseases.

Mei Xie, a,c Tianlan Chen, b Zongwei Cai, c Bo Leia* and Cheng Dong b,d**.

https://doi.org/10.1039/D2LC01156E

作者简介

更多资讯  ▎关注迪奇生物官方网站和其他社交媒体渠道

官方网站：https://www.digifluidic.com/cn/

微信公众号：Digifluidic迪奇孚瑞生物

Facebook/LinkedIn: Digifluidic Bio-tech Co., Ltd.