一种低功耗的LAMP设备，采用化学加热方式，并配备紧凑型光学检测系统，适用于即时检测（point-of-care testing）应用

《Talanta》：A low-power LAMP device with chemical heating and compact optical detection for point-of-care testing

便携式LAMP设备通过CaO与水反应实现化学加热，结合palmitic acid相位材料稳定温度（60-65℃），并采用低功耗LED-光电二极管系统实时监测SYTO-9荧光，检测SARS-CoV-2 RNA灵敏度达1.025 copies/reaction，较商用设备提升约20倍灵敏度，适用于资源有限和应急场景。

　　这是一篇关于一种新型便携式检测设备的研究论文，该设备能够实现无需电力支持的等温核酸扩增检测，适用于资源匮乏或无法接入电网的环境。研究团队通过结合化学加热模块与相变材料（PCM）实现了稳定的等温反应温度控制，并利用紧凑型光学检测模块对扩增过程进行实时监测。这种设备在公共卫生和应急响应领域具有重要应用价值，尤其是在缺乏传统实验室设备的地区。

在当前全球范围内，随着季节性流感和新冠疫情等公共卫生事件的频发，对于快速、准确且可部署的诊断工具的需求日益增加。尤其是在非实验室或资源有限的环境中，传统的聚合酶链式反应（PCR）技术因需要精确的热循环和复杂的仪器设备而受到限制。相比之下，等温扩增技术如环介导等温扩增（LAMP）因其无需复杂温度控制、操作简便、成本低廉等优势，逐渐成为便携式诊断的首选方案之一。LAMP技术能够在恒定温度下高效扩增DNA，而逆转录LAMP（RT-LAMP）则进一步整合了逆转录和扩增过程，适用于RNA检测。

尽管LAMP技术在性能上具有明显优势，但许多便携式扩增系统仍然依赖于电力驱动的加热模块，如Peltier元件或氧化铟锡（ITO）加热器。这些模块虽然有效，却增加了设备的复杂性和成本，同时对电力供应提出了较高的要求，从而限制了其在偏远地区或应急场景中的广泛应用。为了解决这些问题，研究团队提出了一种基于化学反应的加热方案，利用氧化钙（CaO）与水之间的剧烈放热反应作为热源，并结合相变材料（如棕榈酸）来缓冲温度波动，维持在DNA扩增的最佳温度范围（60°C至65°C）内。这种设计不仅减少了对外部电源的依赖，还提升了设备的便携性和经济性。

该设备的结构设计包含三个主要模块：化学加热单元、LAMP反应腔室和荧光检测系统。其中，化学加热单元通过CaO与水的反应产生热量，而反应腔室内的相变材料（棕榈酸）则能够吸收并储存热量，确保反应温度的稳定性。荧光检测模块由低功耗的蓝色发光二极管（LED）和光电二极管组成，能够实时监测SYTO-9荧光信号，从而实现对DNA和RNA扩增过程的定量分析。这一系统在设计上充分考虑了便携性和实用性，整个设备的尺寸为70毫米×70毫米×50毫米，重量约110克，便于携带和部署。

在实验测试中，该设备使用了人类基因组DNA（BRCA1基因）和合成的SARS-CoV-2 RNA作为模型目标，以评估其性能。结果显示，该设备在SYTO-9荧光检测方面表现出良好的线性关系（R2 = 0.989–0.993），并且其检测下限（LOD）显著优于商用微孔板读数仪（LOD为0.010–0.026 μM，而商用设备为0.061 μM）。对于RT-LAMP检测，该设备在SARS-CoV-2 RNA的检测中达到了1.025 copies/reaction的LOD，显示出其在RNA检测方面的高灵敏度。此外，设备在检测唾液和非靶向RNA样本时未出现假阳性信号，进一步验证了其特异性。

为了进一步提升设备的稳定性，研究团队还通过数值模拟评估了在低温条件下的热性能。模拟结果显示，当环境温度低于15°C时，设备的加热模块会迅速冷却，影响反应温度的维持。为此，研究团队提出在加热模块周围添加真空保温层，以减少热量损失，提高热稳定性。实验数据表明，真空保温能够显著提升设备的热保持能力，使其在低温环境下也能实现可靠的等温扩增反应。

在实际应用方面，该设备的设计不仅满足了等温扩增所需的温度条件，还具备实时荧光检测的能力。与现有的LAMP设备相比，该设备在灵敏度、特异性以及操作便捷性方面均表现出色。例如，与商用设备相比，该设备在检测SARS-CoV-2 RNA时，不仅实现了更低的LOD（1.025 copies/reaction），还表现出更强的线性关系（R2 = 0.9914）。此外，该设备能够在不到20分钟的时间内完成检测，显著提高了检测效率。设备的总成本也被控制在较低水平，除去外部信号采集单元（如PicoLog）外，其余部分的成本低于10美元，每项检测所需的试剂成本也低于1美元，这使得该设备在资源有限的环境中具有极高的经济性和实用性。

研究团队还对设备的特异性进行了系统评估。通过在反应体系中加入可能的干扰物质，如唾液、HEK293FT细胞RNA和流感A病毒（IAV）RNA，设备均未检测到非特异性扩增信号，表明其在复杂生物基质中仍能保持良好的特异性。这些结果进一步支持了该设备在临床检测中的应用潜力，尤其是在唾液样本的现场检测中。

该设备的开发不仅满足了便携式诊断的市场需求，也为未来的现场检测技术提供了新的思路。在实际应用中，设备的结构设计、材料选择以及检测方法均经过精心优化，使其能够在没有电力支持的情况下稳定运行。此外，研究团队还提出了一些未来改进方向，例如优化热均匀性、集成上游样本制备流程、增加多通道检测能力以及引入无线信号读取技术，以进一步提升设备的性能和适用范围。

综上所述，该研究成功开发了一种无需电力支持的便携式LAMP检测设备，能够实现对DNA和RNA的高灵敏度、高特异性检测。设备的结构紧凑、成本低廉，且具备实时荧光检测功能，使其在公共卫生、应急响应和资源匮乏地区具有广泛的应用前景。通过结合化学加热与相变材料，研究团队不仅解决了传统LAMP设备对电力的依赖问题，还提升了其在复杂环境下的可靠性。该设备的成功开发为推动分子诊断技术的普及和应用提供了有力的技术支持，也为未来的现场检测设备设计提供了重要的参考价值。