基于刷状聚合物细胞膜芯片的固相PCR技术开发及其在封闭式"芯片实验室"系统中的多重核酸检测应用

研究人员开发了一种在环境封闭的生物微阵列上进行多因素高灵敏度核酸分析的新方法。该方法通过在聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)膜基底上构建刷状聚合物细胞阵列，实现了固相PCR扩增和荧光检测的一体化操作，成功应用于金黄色葡萄球菌和嗜肺军团菌等病原体DNA检测，为临床实验室自动化检测提供了创新解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的固相聚合酶链反应(PCR)技术，在独特的刷状聚合物细胞膜生物芯片上实现。研究人员采用日常可见的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为基底，通过电晕处理和旋涂光活性聚醋酸乙烯酯等工艺，构建出具有特殊结构的生物芯片平台。

关键技术亮点在于采用紫外光刻图案化技术，在芯片表面"生长"出刷状聚合物(polymer brushes)细胞阵列。这些像小刷子般的聚合物链通过光引发自由基聚合反应形成，其表面修饰的活性羧基能与5'端C6-氨基修饰的引物共价结合。在密闭的薄膜腔室内，直接进行固相PCR扩增反应，荧光标记的Cy5-dNTPs掺入过程可通过数字荧光显微镜实时监测。

这种薄膜生物芯片堪称"芯片实验室"(Lab-on-a-Chip)技术的典范：

• 采用商业PET薄膜，兼具低热容和高导热特性
• 集成溶液输送通道和反应腔室
• 支持完整的热循环过程
• 无需拆解即可通过透明盖板观察结果

研究团队成功将该技术应用于临床重要病原体检测，包括金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)的DNA分析。这种将样品制备、扩增和检测集成在封闭系统的创新方法，不仅显著降低污染风险，更为实现自动化分子诊断开辟了新途径。薄膜生物芯片技术展现出在多重核酸检测、即时诊断和精准医疗领域的广阔应用前景。