Discfuge-智能手机RPA：一种用于猴痘病毒检测的低成本免电源核酸检测系统

《Analytica Chimica Acta》：Discfuge-Smartphone RPA: A Low-Cost Power-Free Nucleic Acid Detection System for Monkeypox Virus Detection

　　3D打印无动力Discfuge整合智能手机废热用于猴痘病毒RPA检测。该平台在45分钟内完成猴痘病毒检测，检测限为100拷贝/微升，且特异性优异。棱镜光路回收手机余热，降低现场即时检测（POCT）使用成本。**引言**自2022年以来，猴痘病毒在全球范围内的再次流行，凸显了加强全球公共卫生应急响应能力的紧迫性[1]，[2]。传统的猴痘病毒核酸检测依赖于配备电动离心机、热循环仪和专业人员的中心实验室，导致样本运输时间延长，诊断结果滞后。猴痘阳性病例的延迟识别可能引发局部疫情和区域外溢风险。此外，病毒株的频繁基因变异进一步削弱了现有疫苗和抗病毒药物的效力，给长期疫情控制带来巨大障碍[3]，[4]。在这种情况下，及时的现场检测、常规筛查和感染者精准识别是阻断病原体传播链的关键策略[5]，[6]。因此，迫切需要开发适应资源匮乏现场环境的通用、快速、低成本且高精度的检测策略。核酸检测仍是病原体检测的金标准，也是早期诊断和临床监测的基本工具[7]，[8]，[9]，[10]，[11]。尽管如此，基于PCR的传统核酸检测方法高度依赖设备完善的实验室设施，包括实时荧光定量仪器和冷链试剂保存系统，而这些在偏远和资源匮乏地区几乎无法获得[12]。此外，复杂的仪器操作和专业的结果解读需要专门的技术培训，进一步限制了传统核酸检测策略在现场的应用。以环介导等温扩增和重组酶聚合酶扩增为代表的等温扩增技术，能够在恒定温度下实现快速核酸扩增。这些方法已成为传统PCR的有前景的替代方案，从而促进病原体的快速现场检测[13]，[14]，[15]。然而，LAMP和RPA存在与非特异性扩增相关的固有缺陷。与此同时，可编程核酸酶整合生物传感平台，如基于CRISPR/Cas和Argonaute的诊断系统，已作为下一代分子检测工具迅速发展，在核酸检测中展现出卓越的灵敏度和特异性[16]，[17]，[18]。尽管整合的等温扩增-核酸酶诊断分析表现出优越的检测性能，但它们仍需要小型化核酸预处理模块和低功率热控组件。从临床基质中提取核酸是确保分子诊断结果准确性和可重复性的关键前提[19]。传统的核酸检测工作流程依赖电动台式离心机，这些设备体积庞大且依赖电力，不适合现场即时检测（POCT）。为了克服这一限制，研究人员提出了多种手动离心替代方案，包括基于打蛋器和沙拉甩干器的离心装置[20]，[21]，[22]，[23]。然而，这些原型设备存在结构冗余和转速不足的问题，导致分离效率低下和样本处理效果不佳。这些缺陷阻碍了其满足等温扩增所需的统一预处理标准。因此，迫切需要便携、低成本、手动驱动的高速离心设备，以支持现场部署POCT应用的稳健核酸预处理。在此，我们设计、3D打印并组装了一个手动操作的Discfuge离心机、一个由智能手机废热驱动的热孵育单元以及一个荧光读取模块，以建立整合的POCT工作流程。通过将该手动预处理单元和基于智能手机的热光检测子系统与优化的RPA反应相结合，我们构建了一个完全整合、无需仪器的POCT平台，能够从原始临床样本到可读荧光结果现场检测猴痘病毒。**章节片段****便携式Discfuge的设计与制造**手动Discfuge使用SolidWorks 2024（Dassault Systèmes）进行计算建模，并通过熔融沉积成型（FDM）3D打印在配备0.4毫米喷嘴的Bambu Lab P1SC机器上制造。选择聚乳酸（PLA）线材作为结构原材料，因为其具有优异的机械刚度、良好的打印性以及在持续离心应力下承受离心载荷的能力。设定填充密度为50%，以在轻量化设计和……（此处内容不完整）**手动Discfuge的结构与旋转动力学**开发了一种低成本、全3D打印的Discfuge，用于实现现场诊断中无需电力的核酸分离。照片和横截面结构图展示了其双盘转子设计，兼容标准1.5毫升和0.2毫升微量离心管（图1A–C）。以6000帧/秒的高速摄像记录了0–5秒手动拉动周期内的连续绳索缠绕和旋转运动（图1D），确认了由双侧……（此处内容不完整）**讨论**本研究开发了一种便携式核酸诊断系统，定义为Discfuge-智能手机驱动的核酸检测平台。设计并3D打印了手动操作的Discfuge、由智能手机废热驱动的热孵育单元以及荧光读取模块，并将其组装以建立整合的即时检测工作流程。该平台能够实现从样本到结果的全程病原体检测，无需依赖常规实验室电力设施和笨重的分析……（此处内容不完整）**CRediT作者贡献声明****刘启明：** 方法学、调查、形式分析。**钱卫东：** 写作–审阅与编辑、写作–初稿、方法学。**钱龙伟：** 形式分析。**刘锐：** 调查。**李琪：** 调查、形式分析。**王婷：** 方法学、形式分析。**李永东：** 监督、资源。**倪红霞：** 监督、资源。**披露声明**作者未报告潜在的利益冲突。**数据可用性声明**本研究生成和分析的数据集不公开，但可向通讯作者提出合理请求获取。**资金**本工作得到宁波市顶尖医学与健康研究计划[2023020713]、宁波市领先医学与健康学科[2026-A41]、浙江省疾病预防控制中心科技项目[2025JK071]、浙江省自然科学基金[LTGG24H260001]、陕西省教育厅产业培育项目[25JC010]以及安徽信息工程学院永科学家研究……（此处内容不完整）**利益冲突声明**? 作者声明，他们不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响本论文所报告的工作。