病原微生物的快速生物检测在实际生物医学应用中备受关注。尽管该领域已取得了不小的进步，但利用微流控方法实现简单、快速的生物检测仍然具有挑战性。
为解决上述近期，来自中国农业大学的研究人员提出了一种新颖的生物检测策略，该策略结合了毛细力驱动微流控芯片的精确检测控制与磁珠的多功能操作能力，能够高效捕获副溶血性弧菌，并能显著提高检测值。相关研究成果以“Manipulation of magnetic beads for actively capturing Vibrio parahaemolyticus and nucleic acid based on microfluidic system”为题发表在Biomicrofluidics期刊上。
图1 毛细力驱动微流控芯片的结构设计和检测原理图
具体而言，这种微流控芯片采用激光切割技术制作而成，整个微流控芯片分为三层（注入层、微通道层和玻璃基底层），总体尺寸为76 × 26 × 1.6 mm³。其中，注入层具有多个注入口，用于注入包括磁珠悬浮液在内的不同的液体样品。微通道层由BSA压敏胶层组成，位于注入层和玻璃基底层之间。该微通道层还包括反应室（直径：8 mm）以及与注入层结构相对应的其他腔室，各个腔室之间通过宽度为600 μm的微通道彼此连接。
利用毛细管压力，该研究设计的微流控芯片可以实现液体样品的快速被动注入。在外部磁场作用下，驱动适配体修饰的磁珠与微流控芯片中的副溶血性弧菌及其核酸混合，进行快速选择性捕获和检测，整个过程仅需40分钟。
图2 （a）捕获核酸和副溶血性弧菌的磁珠示意图；（b）毛细力驱动微流控芯片检测的具体步骤示意图
基于磁珠操纵的毛细力驱动微流控系统通过独特的设计和操作方式，突破了传统检测方法的一些局限性，主要体现在以下几个方面：
（1）自动化操作。该系统利用磁珠操纵实现了液体样本的自动混合和捕获，大大简化了操作流程并提高了操作的自动化程度。相比传统的手动操作或依赖特定设备的操作，这种自动化操作方式节省了时间和人力成本。
（2）高效混合和捕获：通过在外部磁场的作用下操纵磁珠，实现了液体样本的高效混合和目标物的选择性捕获。这种磁珠操纵的方式可以提高混合效率，加快反应速度，并增强目标物的捕获效率，从而提高了检测的准确性和灵敏度。
（3）简化设计和操作：该系统采用了简化的微流控芯片设计，通过毛细管力和重力辅助进样，避免了复杂的微通道结构和外部泵的使用。这种简化的设计和操作方式降低了设备和材料成本，同时减少了对操作人员的技术要求，使得检测过程更加简便和高效。
（4）快速检测：通过磁珠操纵的快速混合和捕获，该系统可以在短时间内完成整个检测过程，通常在40分钟内完成。相比传统的检测方法，这种快速检测方式节省了时间，适用于需要快速诊断和检测的场景。
（5）高度选择性：通过磁珠操纵实现了对特定生物目标的高效选择性捕获和检测，提高了检测的准确性和可靠性。这种高度选择性的捕获方式有助于准确诊断疾病和监测病原体，避免了误报和漏报的风险。
图3 副溶血性弧菌捕获实验的表征结果
图4 （a-d）磁珠在微流控芯片反应腔中的检测过程；（e）副溶血性弧菌捕获前后的荧光图像
综上所述，该研究提出的创新性微流控检测平台不仅简化了微通道结构的设计复杂性，而且采用激光加工制造，大大降低了制造成本。实验结果表明，这种新方法实现了“片上”检测过程的自动化，在POCT领域具有相当大的商业应用价值和潜力。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0193442
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《癌症诊断初创公司调研-2020版》
