智能手机集成双极电极芯片的便携式电化学发光系统用于多重呼吸道病原体快速检测

为解决呼吸道病原体现场快速检测难题，研究人员开发了一种基于智能手机的便携式电化学发光(ECL)检测系统(PEMD)，集成双极电极芯片(B-chip)与环介导等温扩增(LAMP)技术，实现了H1N1/H7N9/流感B/腺病毒(HAdV)四联检测，灵敏度达10拷贝/μL，临床符合率89.3%，为资源有限地区提供了一种低成本、高灵敏的即时检测(POCT)方案。

　　

呼吸道感染长期威胁全球公共卫生，世界卫生组织数据显示其致死率位居全球第四。尽管荧光定量PCR(qPCR)是病原体检测金标准，但其依赖昂贵仪器，难以在资源匮乏地区推广。而现有即时检测技术往往面临灵敏度不足或多重检测能力有限等瓶颈。

针对这一挑战，来自中国的研究团队创新性地将智能手机与电化学发光技术结合，开发出名为PEMD的便携式检测系统。该系统采用乐高积木搭建主体结构，集成双极电极芯片(B-chip)和温度控制模块，配合定制化手机应用，实现了对四种呼吸道病原体的高灵敏度检测。相关成果发表于《Biosensors and Bioelectronics》。

研究采用三项核心技术：1) 基于双极电极(BPE)的空间分辨传感芯片，通过多孔绝缘板分隔扩增区与检测区；2) 智能手机光学采集系统，利用定制APP实现电化学发光(ECL)信号自动处理；3) 甲基蓝(MB)探针技术，通过DNA结合特性将LAMP扩增产物转化为可测ECL信号。临床验证采用56份咽拭子样本，以qPCR结果为参照标准。

【LAMP反应体系】
建立25μL反应体系，优化MgSO₄和dNTPs浓度，采用Bst 2.0 DNA polymerase实现恒温扩增，特异性引物设计覆盖四种病原体靶标。

【B-chip芯片特性】
创新性采用ABS多孔绝缘板与ITO电极集成，通过物理分隔实现扩增区(含LAMP体系)与检测区(含Ru(bpy)₃²⁺/TPrA ECL体系)串联，降低交叉污染风险。

【检测性能】
模拟样本中达到10拷贝/μL检测限(LOD)，临床样本阳性符合率87.5%，阴性符合率91.7%，与qPCR结果高度一致。特异性验证显示对24份非靶标样本100%准确识别。

【结论与意义】
该研究突破传统电化学检测对复杂电极系统的依赖，通过BPE技术将检测灵敏度提升至接近qPCR水平(6拷贝/μL)。系统40分钟内完成四联检测，成本仅为常规设备的1/10。特别值得注意的是，乐高模块化设计使设备制造成本低于200美元，智能手机云端分析功能更便于结果共享。这种"芯片-设备-云端"三级创新架构，为家庭监测呼吸道感染提供了全新解决方案，对传染病早期防控具有重要实践价值。