食源性致病菌引發(fā)的食品安全問題嚴(yán)重危害人類健康，如大腸桿菌O157:H7可在短時(shí)間內(nèi)繁殖，造成食品的大規(guī)模污染。傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)生化檢測方法操作繁瑣耗時(shí)長，且檢測靈敏度有限，無法滿足現(xiàn)場檢驗(yàn)的需求。
基于此，近期，清華大學(xué)林金明教授課題組報(bào)道了一種基于手指驅(qū)動集成式微流控生物傳感器，以大腸桿菌O157:H7為檢測目標(biāo)物，實(shí)現(xiàn)了"sample-in-answer-out"一體化的高靈敏檢測。
該研究引入微流控芯片技術(shù)，利用其集成化、微型化和便攜化等特點(diǎn)，將食源性致病菌的識別捕獲、分離富集、信號放大及檢測等操作過程集成在一張芯片上。
通過簡單的手指按壓操作，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)致病菌的快速檢測，同時(shí)開發(fā)基于智能手機(jī)APP拍照的便攜式檢測裝置，從而為自動化、高靈敏、安全快速的食源性致病菌檢測提供技術(shù)手段。
如圖1所示，該研究設(shè)計(jì)的基于手指驅(qū)動集成式的微流控生物傳感器，將目標(biāo)細(xì)菌的免疫磁分離、核酸提取及純化、RPA-CRISPR/Cas12a等溫?cái)U(kuò)增及檢測等過程高度集成在芯片上，通過手指驅(qū)動的單向控制閥單元控制液體，實(shí)現(xiàn)樣品檢測全過程。
圖1 基于手指驅(qū)動集成式微流控生物傳感器的示意圖（來源：Anal. Chem.）
手指驅(qū)動微流控芯片由覆蓋層、氣體通道層、薄膜層和流體通道層組成，并在不同的芯片腔室中預(yù)加載相應(yīng)試劑（圖2a），通過手指按壓控制流體依次在不同功能模塊中進(jìn)行反應(yīng)（圖2b）。最終核酸擴(kuò)增產(chǎn)生的熒光信號，可在便攜式3D打印檢測設(shè)備下（圖2c），通過手機(jī)APP（圖2d）實(shí)現(xiàn)及時(shí)檢測。
將該微流控生物傳感器應(yīng)用于食品樣品中（圖3），可在2.5 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)對大腸桿菌O157:H7的定量檢測，線性范圍在102~10? CFU/mL之間，檢出限為10 CFU/mL，回收率在104~120%之間。
圖2 （a）手指驅(qū)動微流控芯片的設(shè)計(jì)；（b）流體控制的等效電路圖；（c）便攜式3D打印檢測設(shè)備；（d）手機(jī)APP（來源：Anal. Chem.）
圖3 實(shí)際食品樣品應(yīng)用（來源：Anal. Chem.）
綜上所述，該研究構(gòu)建了一種可用于大腸桿菌O157:H7檢測的集成式微流控生物傳感器。在手指驅(qū)動流體控制的基礎(chǔ)上，在芯片上實(shí)現(xiàn)免疫磁分離、核酸提取及純化，RPA-CRISPR/Cas12a等溫?cái)U(kuò)增及檢測等過程，其在檢測特異性、靈敏度和抗干擾性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。同時(shí)開發(fā)基于智能手機(jī)APP拍照的便攜式檢測裝置，實(shí)現(xiàn)操作簡單，安全快速的高靈敏食源性致病菌檢測。
審核編輯：劉清