據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，由瑞典皇家理工學(xué)院（KTH Royal Institute of Technology）、英國(guó)赫瑞瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）、荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所（Institute for Atomic and Molecular Physics，AMOLF）、瑞典國(guó)家研究院（Research Institutes of Sweden，RISE）等科研機(jī)構(gòu)組建的一支研究團(tuán)隊(duì)在Scientific Reports期刊上發(fā)表了可用于病毒檢測(cè)的基于液滴微流控和激光誘導(dǎo)熒光（LIF）的光流控器件的最新論文。

微流控技術(shù)為生物學(xué)家在高度控制的微型系統(tǒng)中操作和分析生物樣本提供了強(qiáng)有力的解決方案。微流控芯片具有亞毫米級(jí)的流道系統(tǒng)，由連接的儲(chǔ)液器提供液體。微流控芯片設(shè)計(jì)和并行化有助于在單個(gè)器件中快速、多模式處理和檢測(cè)分子或細(xì)胞物種，加上自動(dòng)化的大規(guī)模生產(chǎn)，使其在診斷、環(huán)境分析和生物科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。

液滴微流控是一種微流控技術(shù)，它利用離散的水液滴，由不溶于水的油分離，并由表面活性劑穩(wěn)定，可作為微型樣本容器。單分散液滴可以在微流控系統(tǒng)內(nèi)生成和檢測(cè)。這種技術(shù)能夠以超高通量（>1000液滴s?1）對(duì)10??至10?? L樣本包中的單個(gè)細(xì)胞或分子進(jìn)行數(shù)字檢測(cè)和分析。液滴已被用于體外封裝多種樣本（如細(xì)菌和細(xì)胞等），并進(jìn)行高靈敏度的病毒檢測(cè)。

液滴封裝材料的檢測(cè)和量化可能涉及集成到芯片中的光學(xué)元件的使用。所謂的光流控器件提供了一種將關(guān)鍵微流控樣本處理能力與光學(xué)功能協(xié)同結(jié)合的方法，為生物和化學(xué)傳感開辟了前景廣闊的途徑。已建立的光學(xué)技術(shù)，如熒光激活液滴分選、光學(xué)顯微鏡或LIF，可以集成到微流控芯片中。

將微流控能力直接集成到光纖和毛細(xì)管中，為臺(tái)式光流控技術(shù)提供了另一種新興的途徑。光纖具有一系列特性，包括柔性、化學(xué)和生物惰性、易于光耦合和高縱橫比。此外，它們?cè)趶碾娦诺结t(yī)學(xué)中的傳感和成像等眾多領(lǐng)域的廣泛使用，帶來了高耐受性和千米長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可以使用為電信生產(chǎn)開發(fā)的設(shè)備將其組裝成具有精確通道尺寸的低成本光流控器件。

在之前的研究工作中，研究團(tuán)隊(duì)的成員展示了幾種由光纖和毛細(xì)管陣列制成的用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的全光纖光流控器件。他們還展示了用于檢測(cè)、捕獲和收集熒光微粒的器件，并通過開發(fā)一種低成本的全光纖流式細(xì)胞儀展示了這些技術(shù)的潛力。

最近，他們又展示了在不間斷流體中通過光纖器件進(jìn)行粒子分離和計(jì)數(shù)。此外，結(jié)構(gòu)中空纖維允許直接在流體介質(zhì)中引導(dǎo)光，這已被用于拉曼（Raman）傳感和跟蹤包括病毒顆粒在內(nèi)的納米級(jí)物體的擴(kuò)散。結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)（如光籠），也已被開發(fā)用于吸收光譜，并可能在生物分析中應(yīng)用。這些無(wú)縫集成的光流控器件——“光纖實(shí)驗(yàn)室”（Lab-in-a-Fiber）顯示了將Lab-in-a-Fiber技術(shù)應(yīng)用于分子診斷的潛力。

自2019年底開始，冠狀病毒（SARS-CoV-2）或新冠肺炎（COVID19）大流行成為全球衛(wèi)生面臨的重大挑戰(zhàn)，并將繼續(xù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)后果。這場(chǎng)大流行突顯了高收入國(guó)家以及低收入國(guó)家對(duì)全球可部署、快速和可擴(kuò)展的生物分子檢測(cè)的必要性。針對(duì)SARS-CoV-2持續(xù)感染而開發(fā)的檢測(cè)方法包括快速抗原檢測(cè)（檢測(cè)鼻咽拭子樣本中關(guān)鍵病毒蛋白的存在）和核酸檢測(cè)（擴(kuò)增和檢測(cè)鼻、咽喉或口腔拭子中的病毒遺傳物質(zhì)）。其中，與快速抗原檢測(cè)相比，核酸擴(kuò)增檢測(cè)有望提供更高的靈敏度和潛在的更高的特異性。

在本論文的研究工作中，作者們描述了一種新型Lab-in-a-Fiber光流控器件的開發(fā)及其在液滴微流控方面的潛在應(yīng)用。他們將液滴微流控與LIF檢測(cè)相結(jié)合，這是通過開發(fā)一種光學(xué)側(cè)耦合光纖實(shí)現(xiàn)的，被稱之為“潛望鏡光纖”。他們還描述了這種Lab-in-a-Fiber光流控器件的制造過程。該光流控器件的示意圖如圖1所示，包括兩個(gè)模塊，其作用如下：通過流動(dòng)聚焦產(chǎn)生液滴；以及光學(xué)檢測(cè)。

圖1 Lab-in-a-Fiber光流控器件概述

圖2 液滴生成模塊

圖3 液滴檢測(cè)模塊

圖4 操作Lab-in-a-Fiber光流控器件的光學(xué)元件和硬件

他們提供了一系列熒光素濃度的表征數(shù)據(jù)，確定了開發(fā)的光流控器件具有10 nM熒光素的檢測(cè)限（LOD）。最后，他們通過在COVID-19診斷的背景下檢測(cè)逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（RT-LAMP）產(chǎn)物，表明該光流控器件在現(xiàn)實(shí)和相關(guān)的熒光狀態(tài)下能夠正常運(yùn)行。該新型光流控器件代表著向即時(shí)檢測(cè)液滴的數(shù)字RT-LAMP平臺(tái)的開發(fā)邁出了重要一步。

圖5 使用RT-LAMP試驗(yàn)的表征和結(jié)果

原文標(biāo)題：基于液滴微流控和激光誘導(dǎo)熒光的光流控器件，可用于病毒檢測(cè)

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審核編輯：湯梓紅