據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)，全球每年因沙門(mén)氏菌、大腸桿菌 O157:H7、李斯特菌等 250 多種食源性致病菌導(dǎo)致 6 億人患病，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 1100 億美元。傳統(tǒng)檢測(cè)手段中，培養(yǎng)法雖準(zhǔn)確卻需數(shù)天時(shí)間，ELISA 雖快速但靈敏度不足，PCR 雖靈敏卻依賴復(fù)雜預(yù)處理，均難以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。而新研發(fā)的手指驅(qū)動(dòng)微流控芯片通過(guò)整合全流程檢測(cè)步驟，成功突破了這些瓶頸。

該芯片設(shè)計(jì)精巧，長(zhǎng) 87 毫米、寬 57 毫米、高 7 毫米，由頂層和底層構(gòu)成，集成了樣本處理、DNA 提取、擴(kuò)增反應(yīng)等關(guān)鍵模塊。其核心創(chuàng)新在于流體控制系統(tǒng)：3 個(gè)氣動(dòng)單向閥與對(duì)應(yīng)氣室配合，實(shí)現(xiàn)溶液的單向傳輸，有效避免不同通道間的交叉污染；1 個(gè) 3D 打印旋轉(zhuǎn)閥則可靈活切換溶液流向，確保試劑精準(zhǔn)送達(dá)指定區(qū)域。這種設(shè)計(jì)使得操作人員僅通過(guò)手指按壓氣室即可驅(qū)動(dòng)流體，無(wú)需依賴外部動(dòng)力設(shè)備，大幅簡(jiǎn)化了操作流程。

圖 1：展示手指驅(qū)動(dòng)微流控芯片的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、檢測(cè)流程及便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)。

在檢測(cè)流程上，芯片實(shí)現(xiàn)了 “一站式” 處理：首先，細(xì)菌樣本與裂解液、硅磁珠混合，細(xì)菌裂解后釋放的 DNA 通過(guò)靜電吸附被磁珠捕獲；隨后，按壓氣室推動(dòng)混合物流經(jīng) DNA 提取通道，高梯度磁場(chǎng)將磁珠 - DNA 復(fù)合物固定在通道內(nèi)，背景雜質(zhì)則被排至廢液室；經(jīng)洗滌液去除雜質(zhì)后，旋轉(zhuǎn)閥切換通路，洗脫液將 DNA 從磁珠上洗脫；最終，提取的 DNA 與 RAA 試劑混合，在 39℃下反應(yīng) 25 分鐘，通過(guò)配套的便攜式熒光設(shè)備檢測(cè)信號(hào)。該設(shè)備以 470nm LED 為激發(fā)光源，配合 510nm 濾光片去除干擾光，可通過(guò)智能手機(jī)采集熒光圖像并分析定量。

圖 2：對(duì)比不同裂解方法、溫度及擴(kuò)增條件（溫度、時(shí)間、引物 / 探針體積）的優(yōu)化結(jié)果。

圖 3：呈現(xiàn)芯片檢測(cè)三種細(xì)菌的熒光強(qiáng)度、校準(zhǔn)模型、特異性及與 qPCR 的性能對(duì)比。

性能測(cè)試顯示，該系統(tǒng)在最優(yōu)條件下表現(xiàn)卓越：對(duì)鼠傷寒沙門(mén)氏菌的檢測(cè)限低至 15 CFU/mL，大腸桿菌 O157:H7 為 48 CFU/mL，李斯特菌為 38 CFU/mL，全程僅需 45 分鐘。特異性實(shí)驗(yàn)中，其對(duì)目標(biāo)菌的熒光信號(hào)顯著高于非目標(biāo)菌（如蠟樣芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌），混合樣本中也能精準(zhǔn)識(shí)別。在雞肉樣本的實(shí)際驗(yàn)證中，三種致病菌的回收率達(dá) 83%-112%，與 qPCR 檢測(cè)結(jié)果高度一致，證明了其在復(fù)雜基質(zhì)中的實(shí)用性。

研究團(tuán)隊(duì)指出，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)源于三方面：氣動(dòng)單向閥的良好密封性避免了交叉污染，高效的 DNA 提取與 RAA 擴(kuò)增提升了信號(hào)強(qiáng)度，便攜式設(shè)備確保了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力。相比現(xiàn)有方法，其無(wú)需復(fù)雜預(yù)處理、操作簡(jiǎn)便、靈敏度高，為食品加工、市場(chǎng)監(jiān)管等場(chǎng)景的食源性致病菌快速篩查提供了理想工具，有望在提升食品安全保障水平方面發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：Jin N, Yang F, Zhang X, et al. Sensitive detection of multiplex bacteria based on finger driven microfluidics and recombinase aided amplification[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2025: 117750.

來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~徐禮龍。