基于微流控芯片的核酸擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)是微流控技術(shù)最具前景的應(yīng)用方向之一,它簡(jiǎn)化了核酸擴(kuò)增檢測(cè)中繁瑣的樣品前處理和擴(kuò)增產(chǎn)物檢測(cè)步驟。在多種檢測(cè)方法當(dāng)中,環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)(LAMP)與微流控檢測(cè)技術(shù)結(jié)合的核酸擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)非常適合于應(yīng)用于POCT(床邊檢測(cè))。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)道,環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增微流控技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于檢測(cè)病原微生物、癌癥生物標(biāo)志物以及其他標(biāo)志物檢測(cè)領(lǐng)域。
環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)(Loop-mediated Isothermal Amplification, LAMP)是2000年由日本榮研株式會(huì)社的Notomi等人提出的一種新型核酸擴(kuò)增技術(shù)。該技術(shù)依靠4-6條特異性引物和一種具有鏈置換活性的 DNA 聚合酶(Bst DNA聚合酶),在等溫條件(60-65℃)下擴(kuò)增靶序列,避免的傳統(tǒng)PCR需要變溫?cái)U(kuò)增而對(duì)精密儀器的依賴性,同時(shí)具有快速、高效、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)。
環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增具有操作簡(jiǎn)便、快捷、高效、特異性等特點(diǎn),能滿足微流控集成診斷系統(tǒng)的要求,實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)的完美結(jié)合。同時(shí)微流控技術(shù)也可以為L(zhǎng)AMP核酸檢測(cè)系統(tǒng)提供形狀、大小不同的微量密閉反應(yīng)通道及微反應(yīng)空間,有效克服了LAMP易產(chǎn)生氣溶膠,造成實(shí)驗(yàn)污染的弊端。微流控技術(shù)可提供平行且互不干擾地微反應(yīng)區(qū),可以構(gòu)成多通道環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增診斷集成系統(tǒng)。
周杰等采用北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司RTisochip-A 恒溫?cái)U(kuò)增微流控芯片分析儀,基于環(huán)介導(dǎo)恒溫?cái)U(kuò)增技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物樣品中靶標(biāo)基因進(jìn)行檢測(cè)。該碟式芯片共有24個(gè)樣品檢測(cè)孔,每個(gè)孔體積為2.2uL。檢測(cè)時(shí)間為30min,該檢測(cè)試劑可以大大縮短檢測(cè)時(shí)間和降低檢測(cè)成本。
Abkar Ahmed Sayad 等開發(fā)出一種碟式離心型微流控裝置。該裝置分為三層,底部PMMA層,中間壓敏膠(PSA)粘合層和底部PMMA層。微流控通道通過切刻機(jī)在底層制作出混合試劑、測(cè)量、 等溫?cái)U(kuò)增和檢測(cè)的微流控腔室。LAMP 實(shí)驗(yàn)的排氣和裝載孔、蠟、密封材料放在微流控 CD 頂層。該系統(tǒng),對(duì)添加沙門氏菌的番茄進(jìn)行檢測(cè),檢出限為 5×10-3 ng/uL。整個(gè)過程,從樣品制備到檢測(cè),可以70min內(nèi)在微流控 CD 上全自動(dòng)化完成。
Zhou等運(yùn)用碟式離心聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片熒光 LAMP 檢測(cè)法,成功實(shí)現(xiàn)了一類弧菌的芯片 LAMP 快速檢測(cè),檢測(cè)時(shí)間僅用30min,芯片LAMP擴(kuò)增較之常規(guī)LAMP擴(kuò)增,具有操作簡(jiǎn)便,擴(kuò)增速度快,便于攜帶,實(shí)時(shí)快速等優(yōu)點(diǎn),相對(duì)于常規(guī)LAMP 檢測(cè)法耗材量大大降低。
美國(guó)Rheonix公司開發(fā)的基于微流控技術(shù)的 CARD 芯片,該芯片集成泵、閥門、微通道、反應(yīng)和試劑儲(chǔ)液池,以及通用DNA陣列。CARD芯片采用聚苯乙烯均聚物注塑而成,可以用于免疫檢測(cè)和核酸檢測(cè)。Chen 等可在60min內(nèi),使用 CARD 芯片提取人類免疫缺陷病毒(HIV)RNA ,20min內(nèi)完成進(jìn)行 RT-LAMP 檢測(cè),分析靈敏度可達(dá)每毫升 103 病毒顆粒(103vp/mL)。此外,臺(tái)式 RT-LAMP 和 CARD 芯片上的分析結(jié)果顯示加入病毒與結(jié)果CT值的一致性,說明CARD芯片具有與勞動(dòng)密集型的臺(tái)式LAMP同樣的處理能力。
Dou等研發(fā)了一種PDMS-紙混合微流控裝置,PDMS不用復(fù)雜的表面處理,無大型設(shè)備,將“紙”的技術(shù)引入到微流控LAMP裝置中。該裝置包括三層,兩個(gè)PDMS層和一個(gè)玻璃載片底層。首層PDMS用于試劑遞送,包含三個(gè)微通道和一個(gè)加樣入口。中間PDMS層由底部的6個(gè)孔道組成,作為L(zhǎng)AMP反應(yīng)區(qū)。底層為用于支撐的玻璃載片。該裝置可以在45min內(nèi)檢測(cè)最低為3個(gè)拷貝的腦膜炎奈瑟氏球菌。
Coelho等設(shè)計(jì)了一種T型數(shù)字微流控芯片,使用數(shù)字微流控與LAMP結(jié)合的技術(shù)擴(kuò)增癌基因c-myc 0.5 ng/uL靶標(biāo)DNA只需45min,反應(yīng)液僅需1.54ul,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臺(tái)式反應(yīng)技術(shù)。
Wan等為了進(jìn)一步加強(qiáng)LAMP反應(yīng)的特異性,開發(fā)了一種使用分子信使DNA探針的病原體數(shù)值微流控系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅需1uL的LAMP反應(yīng)樣品。可以在40min內(nèi)檢測(cè)最低10個(gè)拷貝。該檢測(cè)速度比傳統(tǒng)商品定量PCR設(shè)備的快3倍。并且有效解決LAMP假陽(yáng)性問題,區(qū)分特異性反應(yīng)產(chǎn)物和非特異性反應(yīng)產(chǎn)物。
Song等研制了一種簡(jiǎn)單易于操作,價(jià)格低廉,POCT集成式,RT-LAMP微流控芯片裝置,可用于寨卡病毒檢測(cè)。該裝置在杯蓋抽屜內(nèi)集成了鎂-鐵反應(yīng)的熱源,來控制LAMP反應(yīng)溫度。一次性微流控芯片完成病毒核酸的捕獲、濃縮、提純、等溫?cái)U(kuò)增和檢測(cè)。擴(kuò)增產(chǎn)物的檢測(cè)不需要額外的儀器,采用無色結(jié)晶紫染料進(jìn)行目測(cè)。整個(gè)裝置可以在40min內(nèi)完成口腔樣本中寨卡病毒靈敏度5個(gè)單位。
本文介紹了四種類型的LAMP微流控檢測(cè)技術(shù),雖然微流控結(jié)構(gòu)大不相同,但是均集成了LAMP技術(shù)和微流控技術(shù)的優(yōu)勢(shì),特異性強(qiáng)、靈敏度高、樣品消耗少、節(jié)省時(shí)間、檢測(cè)高效和操作簡(jiǎn)便。應(yīng)用領(lǐng)域涉及,疾病監(jiān)測(cè)和管理、病原體鑒定、環(huán)境監(jiān)測(cè)、流行病學(xué)調(diào)查及遺傳病的檢測(cè)。因此,相信隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷完善,不久將來,LAMP微流控檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)品會(huì)相繼進(jìn)入市場(chǎng),為人類生命健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)起到重要的推進(jìn)作用。