一种集成的物联网微流控平台，通过闭环阀门控制和双模式流体处理技术实现媒介传播病原体的检测

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：An integrated IoT microfluidic platform for vector-borne pathogen detection via closed-loop valve control and dual-mode fluid handling

　　

摘要

媒介传播疾病，包括虫媒病毒感染和疟疾，对全球健康构成了重大威胁，这凸显了快速、准确和多重核酸检测技术在临床诊断和监测中的必要性。然而，以往关于预加载试剂和基于切换阀的微流控芯片平台的研究未能充分解决几个关键的工程难题，特别是多通道切换阀的可靠控制问题以及多个反应区域中试剂均匀分布的严格要求。这些限制影响了系统的稳定性和重复性，从而限制了它们在基于RNA的虫媒病毒检测和基于DNA的疟原虫基因分型中的实际应用。我们开发了一种微流控媒介传播病原体检测（MVPD）系统，该系统在流体架构、试剂管理和系统信息化方面取得了全面进步。MVPD系统使用了一个六反应管微流控芯片，其中集成了一个由磁场闭环控制机制驱动的多通道切换阀，并采用了一种双模式流体处理策略，结合了蠕动泵和恒定正压源以实现精确的流体操控。结合磁分离模块、热循环单元和六通道光学检测技术，MVPD系统实现了独立验证的核酸提取效率超过90%，并能够可靠地扩增多达36个目标，具有很强的线性度，同时整个样本处理流程仅需约60分钟。此外，该系统还表现出高灵敏度、广泛的样本兼容性、长期稳定性、特异性以及可重复的多目标并行检测能力，所有这些功能都通过完全集成的样本处理流程实现。对417份血液样本的多中心测试显示，其结果与参考方法完全一致（一致性为100%），而基于云的实时数据管理则实现了远程监控和高效的跨区域监测。总体而言，这些特点表明MVPD系统有效解决了多通道阀控制和均匀流体分布的关键问题，为媒介传播病原体的检测提供了一种强大且全自动的解决方案。

媒介传播疾病，包括虫媒病毒感染和疟疾，对全球健康构成了重大威胁，这凸显了快速、准确和多重核酸检测技术在临床诊断和监测中的必要性。然而，以往关于预加载试剂和基于切换阀的微流控芯片平台的研究未能充分解决几个关键的工程难题，特别是多通道切换阀的可靠控制问题以及多个反应区域中试剂均匀分布的严格要求。这些限制影响了系统的稳定性和重复性，从而限制了它们在基于RNA的虫媒病毒检测和基于DNA的疟原虫基因分型中的实际应用。我们开发了一种微流控媒介传播病原体检测（MVPD）系统，该系统在流体架构、试剂管理和系统信息化方面取得了全面进步。MVPD系统使用了一个六反应管微流控芯片，其中集成了一个由磁场闭环控制机制驱动的多通道切换阀，并采用了一种双模式流体处理策略，结合了蠕动泵和恒定正压源以实现精确的流体操控。结合磁分离模块、热循环单元和六通道光学检测技术，MVPD系统实现了独立验证的核酸提取效率超过90%，并能够可靠地扩增多达36个目标，具有很强的线性度，同时整个样本处理流程仅需约60分钟。此外，该系统还表现出高灵敏度、广泛的样本兼容性、长期稳定性、特异性以及可重复的多目标并行检测能力，所有这些功能都通过完全集成的样本处理流程实现。对417份血液样本的多中心测试显示，其结果与参考方法完全一致（一致性为100%），而基于云的实时数据管理则实现了远程监控和高效的跨区域监测。总体而言，这些特点表明MVPD系统有效解决了多通道阀控制和均匀流体分布的关键问题，为媒介传播病原体的检测提供了强大且全自动的解决方案。