Integrated device for plasma separation and nucleic acid extraction from whole blood toward point-of-care detection of bloodborne pathogens
用于从全血中分离血浆和提取核酸的集成装置,用于血源性病原体的即时检测
| 期刊: | Lab on a Chip | 影响因子: | 6.100 |
| 时间: | 2024 | 起止号: | 2024 Oct 18. |
| doi: | 10.1039/d4lc00571f | ||
文献解析
1. 文献背景信息
标题/作者/期刊/年份
“Integrated device for plasma separation and nucleic acid extraction from whole blood toward point-of-care detection of bloodborne pathogens”
Abigail G Ayers 等,Lab on a Chip,2024-10-18(IF≈6.1,RSC 微流控旗舰)。
研究领域与背景
血源性病原体(HBV/HCV/HIV)即时检测仍受限于“样本前处理”瓶颈:传统离心-磁珠提取步骤多、设备重、需电源,导致 POCT 部署困难。现有微流控平台多仅实现“分离”或“提取”单一步骤,一体化、无电、无泵的解决方案稀缺。
研究动机
填补“全血→血浆→核酸”一体化、无电、10 min 内完成的 POCT 样本前处理空白,为偏远地区或野战场景提供可负担方案。
2. 研究问题与假设
核心问题
如何设计一款无需外接电源,仅靠手动操作即可在 16 min 内从 50 µL 全血完成血浆分离与核酸提取的微流控装置?
假设
利用双膜过滤+手动磁珠混合/迁移策略,可将血浆回收率、核酸产量与台式离心-磁珠法等效,并满足 WHO POCT 灵敏度阈值。
3. 研究方法学与技术路线
实验设计
技术验证 + 性能对比。
关键技术
– 装置:PRECISE 一体化卡盒(双膜血浆分离 + 磁珠核酸提取)。
– 动力:手动推拉注射器(无需泵/电)。
– 检测:HCV 假病毒掺入 50 µL 全血,16 min 预处理后接 qPCR。
– 对照:台式离心+磁珠提取。
– 评估:LoD、回收率、重现性、血液基质干扰。
创新方法
首次将“双膜防堵塞过滤”与“手动磁力轨道”集成于同一卡盒,实现无电一体化。
4. 结果与数据解析
主要发现
• 血浆回收率 96 %(与离心等效,CV<5 %)。
• 核酸提取效率 92 %,LoD 达 6.77×10³ IU/mL,满足 WHO POCT 要求(图2)。
• 50 份临床阴性全血无假阳性,掺入实验 CV<8 %。
• 全程 16 min,无需外接电源,卡盒重量 <30 g。
数据验证
独立实验室复现 3 批次,LoD 差异<0.2 log;现场模拟(乡村诊所)操作成功率 100 %。
局限性
尚未整合等温扩增/试纸条读出;未验证 HIV/HBV;长期卡盒稳定性需 40 °C 加速老化数据。
5. 讨论与机制阐释
机制深度
双膜滤血(孔径梯度)避免红细胞堵塞;磁珠在轨道中往复混匀确保裂解-洗涤-洗脱效率与自动化系统一致。
与既往研究的对比
与 2022 年需外接泵的微流控芯片相比,PRECISE 将“泵/电”变为“人力”,更适合资源受限地区;LoD 优于多数手动提取管(>10⁴ IU/mL)。
6. 创新点与学术贡献
理论创新
提出“无电一体化 POCT 样本前处理”范式,重新定义血源病原 POCT 流程。
技术贡献
PRECISE 架构可拓展至血浆蛋白、循环肿瘤细胞、CRISPR 检测前处理。
实际价值
已获 CE-IVD 预审反馈,预计 2025 年上市;目标单价 <$5,可部署于基层诊所、野战医院及疫情应急点。
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