在新冠疫情期间，家庭健康监测技术显得尤为重要，能够有效控制疾病传播，减少交叉感染，缓解医疗资源压力。近年来，便携式检测技术（POCT）在家庭健康监测中的应用越来越广泛。然而，现有的家庭检测技术往往需要复杂的操作步骤，限制了其普及应用。为了满足家庭健康监测的需求，开发一种操作简便、高灵敏度的家庭检测技术成为当务之急。

该研究开发一种时间分辨的级联逻辑门微流控芯片（TCLMC），利用毛细管力实现一步法操作，无需人工干预或专业设备。通过类比电路中的逻辑门，TCLMC能够自动控制液体流动并调节孵育时间，从而优化免疫分析。

研究的目标是实现对新冠病毒（SARS-CoV-2）和流感B病毒（Flu B）的高灵敏度检测，并验证其在临床样本中的应用。

1、TCLMC的设计与操作

TCLMC芯片（75毫米长，25毫米宽）包括五个主要功能结构：储液室、混合室、定时器、检测室和毛细管泵。芯片通过毛细管力驱动液体流动，实现一步法免疫分析。检测抗体预先定位在储液室1和储液室2中，根据吉布斯边缘效应，液体在毛细管触发阀（CTV）处被截留。（见图1）

TCLMC系统能够通过毛细管力实现一步法免疫分析检测。毛细管力在微流控通道内产生负压，驱动液体流动。液体接触角小于90°时，毛细管力占主导地位，推动液体自发流入微通道，实现自动化操作。（见图2）

通过设计毛细管触发阀（CTV），实现了时间分辨操作。CTV根据吉布斯边缘效应调节毛细管压力，控制液体流动。液体通过CTV后流入定时器和检测室，在设定时间内进行免疫反应。通过Navier-Stokes方程计算流速，优化了免疫反应时间。（见图3）

通过彩色染料验证了微流控系统中一步法和时间分辨操作的可行性。两种不同颜色的染料在CTV1处相遇，并继续流入蛇形通道。检测通道形成封闭空间，样品在定时器设定时间内填满后重新开始流动，验证了系统的稳定性。

通过研究和优化TCLMC中的免疫检测，选择了最佳捕获抗体浓度，并建立了标准曲线。研究结果显示，TCLMC对Flu B和SARS-CoV-2的检测限分别为79.17 pg/mL和134.94 pg/mL，显著高于现有的家庭检测平台。（见图4）

为验证TCLMC的临床性能，使用商业化ELISA试剂盒检测12例Flu B患者和24例健康对照的唾液样本。结果显示，TCLMC对Flu B的检测灵敏度和特异性均达到100%，显著优于ELISA试剂盒。（见图5）

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文案 | 谢晓婷

排版 | 谢晓婷

审核 | 谢晓婷

发布｜姜笑南