一种基于手指驱动集成式微流控生物传感器用于大肠杆菌检测

食源性致病菌引发的食品安全问题严重危害人类健康，如大肠杆菌O157:H7可在短时间内繁殖，造成食品的大规模污染。传统的微生物培养生化检测方法操作繁琐耗时长，且检测灵敏度有限，无法满足现场检验的需求。

基于此，近期，清华大学林金明教授课题组报道了一种基于手指驱动集成式微流控生物传感器，以大肠杆菌O157:H7为检测目标物，实现了"sample-in-answer-out"一体化的高灵敏检测。

该研究引入微流控芯片技术，利用其集成化、微型化和便携化等特点，将食源性致病菌的识别捕获、分离富集、信号放大及检测等操作过程集成在一张芯片上。

通过简单的手指按压操作，即可实现目标致病菌的快速检测，同时开发基于智能手机APP拍照的便携式检测装置，从而为自动化、高灵敏、安全快速的食源性致病菌检测提供技术手段。

如图1所示，该研究设计的基于手指驱动集成式的微流控生物传感器，将目标细菌的免疫磁分离、核酸提取及纯化、RPA-CRISPR/Cas12a等温扩增及检测等过程高度集成在芯片上，通过手指驱动的单向控制阀单元控制液体，实现样品检测全过程。

图1 基于手指驱动集成式微流控生物传感器的示意图（来源：Anal. Chem.）

手指驱动微流控芯片由覆盖层、气体通道层、薄膜层和流体通道层组成，并在不同的芯片腔室中预加载相应试剂（图2a），通过手指按压控制流体依次在不同功能模块中进行反应（图2b）。最终核酸扩增产生的荧光信号，可在便携式3D打印检测设备下（图2c），通过手机APP（图2d）实现及时检测。

将该微流控生物传感器应用于食品样品中（图3），可在2.5 h内实现对大肠杆菌O157:H7的定量检测，线性范围在10²~10⁸ CFU/mL之间，检出限为10 CFU/mL，回收率在104~120%之间。

图2 （a）手指驱动微流控芯片的设计；（b）流体控制的等效电路图；（c）便携式3D打印检测设备；（d）手机APP（来源：Anal. Chem.）

图3 实际食品样品应用（来源：Anal. Chem.）

综上所述，该研究构建了一种可用于大肠杆菌O157:H7检测的集成式微流控生物传感器。在手指驱动流体控制的基础上，在芯片上实现免疫磁分离、核酸提取及纯化，RPA-CRISPR/Cas12a等温扩增及检测等过程，其在检测特异性、灵敏度和抗干扰性等方面表现出优异的性能。同时开发基于智能手机APP拍照的便携式检测装置，实现操作简单，安全快速的高灵敏食源性致病菌检测。

审核编辑：刘清