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[分享] 便携式核酸快速检测技术

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发表于 2022-3-31 00:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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今天小钱分享的话题是:核酸快速扩增;荧光检测系统;便携式核酸检测;微流控技术

学习导图








一款便携式单重等温荧光检测系统介绍


图1:现场快速检测柑橘黄龙病菌流程图

如图1所示,原文献【1】中作者研究的主题主要是针对农产品病原体的快速核酸检测方案,以及对目前这个方向的产品或科研技术进行分析总结,主要涉及快速PCR技术、便携式等温核酸技术和数字等温技术三大块,而小钱本篇主要对其中的便携式等温核酸技术做学习分享,因为便携式快速核酸检测技术比较契合当下疫情背景下的市场需求。

引言

核酸LAMP 技术或者其他等温核酸技术,不同于PCR检测需要升降温循环,LAMP可在恒定温度下对目标物进行放大,摆脱了对复杂控温设备的依赖,更适宜开发便携式设备,尤其是在现场快速检测中具有良好的应用前景。

有的便携式核酸检测产品是直接对样本粗裂解,去掉纯化核酸这一步,直接将样本裂解液体开始等温扩增,缩减常规核酸检测的耗时。而食品检测,特别是菜市场或者赶集市场地,食品种类多,人员密集,研发基于 LAMP 技术的便携式仪器可以用于农产品病原体的现场检测,即时性的结果反馈,从而实现食品更有效率的分类筛选。

现场即时检测除了研制适合的便携式检测仪器,另一个无法忽视的问题就是试剂的保存。对于等温核酸扩增检测体系,通常使用酶的链置换功能实现扩增,因此酶的活性与扩增效率及结果准确性密切相关。据相关研究结果表明 LAMP 反应体系中的置换链聚合酶在室温下保存两个小时后其活性会降低,导至难以区分扩增缓慢是酶活性降低引起还是非特异扩增引起,从而影响检测结果的准确性。

因此,根据现场快速检测的需求,一种基于等温技术、实时荧光核酸检测系统,需要集成样本处理、核酸扩增和产物检测三个单元。

检测系统功能

便携式单重等温荧光检测系统的整体结构设计如图 3.1 所示,主要由硬件和软件两部分组成,上下位机之间可使用 USB 或蓝牙通讯方式实现命令传输与数据接收。



图2:便携式单重等温荧光检测系统整体设计图
检测系统设计
1)系统硬件设计
系统硬件部分主要包括样品处理单元和核酸扩增与产物检测单元,核酸扩增与产物检测单元包括温度调控模块、光学测量模块、信号调理模块、主控模块、通讯模块、电源模块等。



图3:便携式单重等温荧光检测仪器 IF-Device 整体设计原理图

2)样品处理单元

除了我们了解过的通过免提法实现直扩以实现核酸检测时间的缩减外,样本处理单元,还包括样本处理的混合液、参考品等等实际的存储,实验室的方法是一个泡沫箱里面放满干冰或者放在金属浴上实现冷存试剂反应液,但是像食品检测这种即时性的需求,这种存储反应液的方式肯定不合适了,文献【1】中设计了一种仿形冰存盒体的方式,再不增加重量的前提下,又实现了试剂可以蛮长的时间内处于低温环境,也可以理解为设计了一款不需要用电的冰浴锅来实现试剂反应液的一段时间存储【1】。



图4:试剂存储盒设计原理图

3)其他模块单元的设计

一款便携式单重等温荧光检测系统除了样本处理单元之外,还有包括耗材模块设计,主要是仪器模块的设计,仪器的模块设计包括温度调离模块、荧光测量模块、信号调理模块、主控模块、通讯模块、电源模块、系统软件设计(上位机、下位机)、系统外观设计等,系统中的每个模块从设计-实验-产品落地需要我们对每个细节进行打磨,才会有真正好的实用的即时快速核酸检测设备。


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