基于微芯片电泳的核酸快速提取与细菌检测技术研究

为解决呼吸道细菌感染诊断中核酸提取步骤复杂、设备依赖度高的问题，研究人员开发了一种基于梯度凝胶电泳的集成化微芯片电泳检测（MED）平台。该技术通过芯片内细菌裂解和电泳纯化DNA，结合qPCR或LAMP实现高灵敏度检测，与传统方法结果一致且检测限更低，为现场快速诊断（POCT）提供了新方案。

　　

研究背景与意义
呼吸道感染是全球第四大死亡原因，其病原体快速检测对临床诊断至关重要。当前核酸测试（NAT）依赖磁珠或离心柱提取DNA，存在设备复杂、成本高的问题。尤其细菌细胞壁的顽固性进一步增加了提取难度。微流控技术虽能整合检测流程，但现有方法在核酸纯化效率与设备便携性间难以平衡。

为解决这一难题，江苏某科研团队在《Talanta》发表研究，提出了一种基于梯度凝胶电泳的微芯片电泳检测（MED）平台。该技术通过优化电场分布和凝胶密度梯度，实现细菌裂解、DNA富集与纯化的一体化操作，显著降低了设备需求，同时兼容qPCR和LAMP两种扩增技术，为资源有限地区的病原体检测提供了新思路。

关键技术方法
研究采用聚碳酸酯板材数控加工制作微芯片，设计双层凝胶结构（3%和0.8%琼脂糖梯度）。通过电场模拟优化芯片构型后，将细菌样本与酶裂解缓冲液孵育，置于阴极池中电泳。DNA在梯度凝胶界面富集，经qPCR或直接进行芯片内LAMP扩增验证提取效率。

研究结果

1. 微芯片制备与电泳设计
   模拟电场分布显示梯度凝胶可形成稳定的DNA富集区（图S1）。实验证实3%/0.8%凝胶组合能有效捕获DNA片段，同时去除PCR抑制剂。

2. 细菌裂解与DNA提取验证
   电泳参数优化后，大肠杆菌裂解效率达95%以上。与磁珠法相比，MED提取的DNA在qPCR中Ct值差异<1，表明纯度相当。

3. 检测性能评估
   MED-qPCR联用对肺炎链球菌的检测限低至10² CFU/mL，线性范围跨越5个数量级。芯片内LAMP可在40分钟内完成扩增，无需热循环仪。

结论与意义
该研究首创的梯度凝胶MED平台突破了传统核酸提取的时空限制：

• 技术革新：电泳驱动的一体化流程将提取时间缩短至30分钟，试剂消耗降低80%；
• 应用拓展：兼容常规qPCR与便携式LAMP，适用于实验室和野外场景；
• 临床价值：为呼吸道细菌感染的POCT诊断提供标准化解决方案，尤其适合基层医疗机构。

作者团队（Yin Chen、Tian Wen等）指出，未来可通过集成CRISPR-Cas系统进一步提升检测特异性。该技术已获江苏省重点研发计划支持，展现了广阔的产业化前景。