液滴微流控技术在临床现场快速检测（POCT）领域具有广阔的应用前景。然而，对高精度微流控泵的依赖阻碍了其在POCT中广泛应用。据麦姆斯咨询报道，近日，青岛能源所单细胞中心开发了便携式的液滴发生与自动流动聚焦液滴再注射技术，无需精确流体控制和高精度微流控泵就能实现高通量液滴发生、液滴反应，以及后续再注射液滴的高通量检测。通过整合上述技术，单细胞中心开发了一个集成化、便携式液滴操控系统（iPODs），有望大幅提高数字核酸检测的便携度与应用范围。该研究成果近日以“Auto Flow-Focusing Droplet Reinjection Chip-Based Integrated Portable Droplet System (iPODs)”为题发表在Analytical Chemistry期刊上。
在POCT中，快速、精准的检测结果对于病情的诊断和治疗至关重要。液滴微流控技术的迅速发展为POCT提供了崭新的思路和方法，其微小空间（微液滴）内的快速生化反应以及高通量、高准确度的微液滴操控与测量，为医疗领域提供了更为快速、准确的检测手段，对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。然而，液滴生成、操控、再注射和检测过程中需要复杂的微流体控制，限制了其大范围应用，因此基于液滴的便携式、集成化平台鲜有报道。
为解决上述问题，青岛能源所单细胞中心刘沣仪博士、葛安乐助理研究员等人带领的研究小组，设计了一个自夹流液滴再注入的微流控芯片。通过独特的“先分后合”自动流动聚焦结构，密集排列的微液滴可被动地、无外加驱动力地分离并依次通过检测位点，实现高通量、精准参数测量。通过与团队前期开发的基于表面浸润的自动液滴发生系统（Liu, et al., Lab Chip, 2020）相结合，研究人员建立了一个完全集成的简易型、便携式液滴操控系统（iPODs），包括高通量的液滴生成、稳定的热反应控制和便捷的液滴再注射及检测，完成完整的便携式恒温数字核酸检测，仅需80分钟。
图1 集成化、便携式液滴微流控系统“iPODs”的设计
iPODs系统具有以下特点：首先，便携化。iPODs允许从液滴生成、反应到检测的流体精确控制，可以被容纳到一个尺寸为23 cm×22 cm×15 cm的可伸缩小盒子里，为在实验室外或临床进行数字量化提供了一个可行的解决方案。其次，集成化。iPODs集成了多个功能单元，液滴从发生单元顺利转移到加热单元和荧光信号读取单元，消除了手动操作和样品损失，大大改善了用户体验，减少了交叉污染的可能性。第三，低成本。iPODs设备的成本不到2400美元，而单个反应的成本只需不到5美元。下一步，这种便携式设备将被应用于不同的领域，包括数字PCR、生物免疫学和化学研究等。
图2 液滴生成具有高通量、可调节、可重复性和鲁棒性
图3 液滴回注具有可行性、高效性、可控性和便携性
图4 液滴荧光检测装置具有可靠性和准确性
该工作由青岛能源所单细胞中心马波研究员主持，得到了国家重点研发计划、国家合成生物学技术创新中心、国家自然科学基金委、山东省重点技术研发计划以及山东能源研究院基金的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00239
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