基于主动混合的核酸等温扩增检测技术研究及应用

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随着生物医学检测技术的发展,人们的生命健康安全得到了有效的保障,全民的健康意识显著提升。各种体外诊断设备越来越多地进入家庭,人们可以做自己的医生,随时使用家用式的体外诊断设备为自己诊断疾病。核酸检测技术作为一种检测手段,具有高度的特异性与灵敏性,在传染病、肿瘤疾病、癌症及基因疾病检测方面发挥着重要的作用,近年来受到人们的广泛关注。作为一种核酸检测法,等温扩增技术相比于传统的聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)扩增技术具有易于操作、检测时间短、检测装置简单等优点。自新冠肺炎爆发以来,核酸检测已经成为了检测新冠肺炎病毒感染者及携带者的金标准。传统的核酸检测方式需要人们到医院或者专业的核酸采集机构进行核酸采集,检测结果往往需要十几个小时,不利于核酸检测的快速筛查。研究新型的核酸检测技术及便携式的核酸检测设备对于提升核酸检测水平及传染病疫情防控具有重要的意义。将微流控技术与重组酶介导扩增技术(Recombinase Polymerase Amplification,RPA)等温扩增技术结合起来,研究一种高效率、高灵敏度以及快速的核酸检测方法,在此基础上,研究便携式的现场快速检测(Point-of-Care Test,POCT)检测仪器有利于促进核酸现场快速检测技术的发展。本文围绕核酸等温扩增检测技术的研究与应用,从RPA等温扩增技术、等温扩增微流控芯片、POCT自动化装置等多个方面研究提升等温扩增检测技术的综合水平。首先研究了基于简化微流控芯片的等温扩增检测系统,基于等温扩增检测微流控芯片,通过将控温模块、荧光检测模块、运动模块以及显示模块等集成,并结合嵌入式系统的硬软件设计,能够对微流控芯片内的RPA试剂完成扩增及实时荧光检测。为了进一步提升RPA等温扩增检测性能,研究了一种具有主动混合功能的RPA等温扩增芯片,该芯片具有主动混合功能,且体积小、试剂消耗量少,通过精巧的混合操作,对RPA试剂进行主动式混合,进而有效提高了扩增效率。配合RPA等温扩增芯片,研究并实现了一种手持式等温扩增仪,内部集成有嵌入式系统及多种功能模块,能够实现核酸检测的自动化操作。该等温扩增检测仪器具有成本低、体积小、低功耗及扩增效率高的优点,与微流控芯片相配合,能够实现核酸的现场快速检测。实验结果表明,带主动混合功能的RPA等温扩增芯片具有良好的混合效果,与手持式等温扩增仪相配合,能够在20分钟内完成等温扩增,与不带混合功能的检测模式相比,带主动混合功能的便携式等温扩增微流控系统显著提高了RPA等温扩增的效率与灵敏度,提升了等温扩增检测的性能。
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