集成有加热模块数字微流控芯片的多通路免疫传感器用于急性心肌梗塞的快速检测

急性心肌梗塞（acute myocardial infarction, AMI）又叫急性心肌梗死，是指因持久而严重的心肌缺血所致的部分心肌急性坏死。全球每年有几百万人死于心梗，而中国近年来呈明显上升趋势，每年新增约50多万例，现患至少200万例，并且日趋年轻化。AMI致死的重要原因是没有实现早期诊断而延误了最佳治疗时机，研制高灵敏度、高特异性的早期诊断仪器，是目前提高AMI诊断率、提高治疗效果和降低病死率的迫切需求。心肌标志物的检测在AMI的早期诊断中，能为急性心肌梗死患者的诊治提供及时可靠的依据。近日，厦门大学陈宏团队和中山大学瞿祥猛团队合作将加热模块集成到数字微流控芯片（digital microfluidic chip, DMF）上，通过构建多通路免疫传感器用于多种心肌标志物的快速、灵敏和自动化联合检测。

数字微流控芯片是利用介质上电湿润效应实现对液滴运动的精确控制，从而实现反应、分离以及检测等功能。数字微流控芯片具有结构简单的优势，容易实现芯片的自动化、集成化和便携化。数字微流控芯片在使用过程中可以根据需要自由调整液滴运动路径和操作步骤，而无需重新设计并制作微流控芯片，降低了开发和使用成本，有效地和传统微流控芯片互为补充，为构建多通路免疫传感器提供了技术基础。

作者将加热模块集成到数字微流控芯片（DMF-AMI）上，将其应用到的免疫检测上，以心肌标志物作为检测对象，实现了多种生物标志物的联合检测。该系统主要包括DMF驱动系统、DMF芯片、温度控制模块和荧光检测模块四个部分。在DMF芯片上设置储液区、功能区和检测区三个区域，通过程序控制液滴分别在上述区域自动完成免疫反应的各步骤，大大简化了操作流程。集成的加热模块主要是为了提供适宜的反应温度，以促进免疫结合从而获得更好的检测性能。和已有报道相比，将加热模块采用微加工工艺制作在下极板的背面，一方面实现了加热模块的集成，另一方面简化了芯片结构、降低了工艺难度并减少了加工成本。对加热模块的参数进行了优化，提高了温度微观分布的均匀性，工作区域的温度变化小于0.8 °C（±0.4 °C）。

图1. 使用DMF-AMI实现联合免疫检测的工作原理。(a)三明治夹心法检测流程示意图；(b)集成有加热模块的数字微流控芯片示意图和照片；(c)荧光检测示意图和典型检测结果。图片来源：Anal. Chem.

作者制作了上述的数字微流控芯片，基于三明治夹心法，对AMI相关的三个心肌标志物（Myo、CK-MB和cTnI）在30分钟内实现了联合检测。和常规方法相比，DMF-AMI显著减少了试剂与样品消耗，提高了检测的特异性与精确度，并减少了假阳性和假阴性结果。这一芯片能一次性地实现多种心肌标志物的联合检测，对于AMI患者的早期确诊、中期分级和后期复发的诊断有着显著的意义和价值，也能用于其他生物标志物的免疫诊断，为临床诊断或POCT提供一个有价值的工具。

图2. 将DMF-AMI芯片用于多指标的联合检测。(a) 检测步骤；(b)检测过程中涉及到的液滴操作：①生成液滴，②液滴运动以加快反应，③切割液滴以进行分离和洗涤，④合并液滴以与反应液混合；(c)对三种心肌标志物进行检测；(d)对四个血清样本进行检测所得检测结果。图片来源：Anal. Chem.

这一结果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是厦门大学的博士研究生沈杰男、中山大学的袁俊杰和哈佛大学的张丽媛博士 。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Digital Microfluidic Thermal Control Chip-Based Multichannel Immunosensor for Noninvasively Detecting Acute Myocardial Infarction

Jienan Shen, Liyuan Zhang, Junjie Yuan, Yongsheng Zhu, Hao Cheng, Yibo Zeng, Jiaqin Wang, Xueqiu You, Chaoyong Yang, Xiangmeng Qu*, and Hong Chen*

Anal. Chem., 2021, 93, 15033–15041, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02758

导师介绍

瞿祥猛

https://www.x-mol.com/university/faculty/298989