基于微流控芯片时空转换策略的时间分辨发光检测技术实现流感病毒核酸超灵敏检测

针对传统时间分辨发光检测依赖昂贵脉冲光源和高速探测器的问题，研究人员开发了一种基于微流控芯片的时空转换策略，通过集成双光纤系统将时间维度转化为空间距离，实现了流感病毒核酸的超灵敏检测（检测限54 pM）。该方法成本低至0.069美元/芯片，兼具高特异性与抗干扰能力，为即时检测（POCT）提供了创新解决方案。

　　

流感病毒每年季节性暴发，对全球公共卫生构成持续威胁。尽管荧光检测技术因其高灵敏度被广泛应用于病毒诊断，但环境背景信号（如短寿命自体荧光和散射光）严重干扰检测精度。传统时间分辨发光（Time-Resolved Luminescence, TRL）技术虽能通过镧系元素（如Eu³⁺
）的长寿命荧光消除背景干扰，却受限于笨重的脉冲光源和高速探测器，难以在基层推广。这一矛盾催生了对微型化、低成本TRL技术的迫切需求。

武汉纺织大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案：将时间分辨检测的时序变化转化为微流控芯片内的空间距离。他们设计了一种集成双平行光纤的PDMS微流控芯片，通过层流控制探针移动轨迹，利用固定间距的光纤实现"脉冲激发-延时检测"的时空转换。该技术仅需0.069美元/芯片的成本，即可实现54 pM的流感病毒核酸检测限，线性范围跨越0.1-100 nM。

关键技术方法

1. 微流控芯片设计：采用PDMS-玻璃复合结构，集成激发光纤（Ⅰ）和收集光纤（Ⅱ），间距精确控制以实现时间-空间转换。
2. 磁分离富集：用DNA修饰的磁珠捕获靶标核酸，再与链霉亲和素-Eu微球偶联形成TRL探针。
3. 层流控制：通过泵控流速稳定探针迁移时间，确保时间分辨信号的空间对应性。

研究结果
流感病毒核酸检测原理
通过磁珠-DNA-Eu微球三明治结构（图1A）特异性捕获靶标，在层流作用下探针依次经过激发光纤（产生脉冲式激发）和收集光纤（记录延时发光），利用Eu³⁺
的微秒级荧光寿命消除背景干扰。

检测性能验证
实验显示该方法对流感病毒核酸的检测限低至54 pM，较常规荧光法提升两个数量级。在血清等复杂样本中仍保持>95%的回收率，且与呼吸道合胞病毒等无交叉反应，证实其高特异性和抗干扰能力。

成本效益分析
整套系统成本仅为商用TRL仪器的1/100，芯片单价0.069美元，光学元件简化至LED光源和普通光电倍增管。

结论与意义
该研究创新性地将流体力学与光子学结合，通过微流控时空转换策略突破了TRL技术的设备限制。其重要意义在于：

1. 技术革新：首次实现无需脉冲光源的时间分辨检测，为POCT设备微型化提供新范式；
2. 临床价值：54 pM的灵敏度可满足早期流感诊断需求，宽线性范围适应不同病毒载量阶段；
3. 产业影响：极低的单次检测成本有助于资源有限地区的传染病防控。

这项工作由Shao-Li Hong领衔完成，获得中国国家自然科学基金等多项支持，相关技术已申请专利（Zhu et al. 2024）。未来通过整合等温扩增技术，有望将检测限进一步降至fM级，推动微流控TRL技术在多重病原体检测中的应用。