深圳先進院研究團隊開發了經濟有效且能精準定量痕量生物分子的新方法
近日，中國科學院深圳先進技術研究院門涌帆團隊的最新成果以A low-cost, programmable, and multi-functional droplet printing system for low copy number SARS-Cov-2 digital PCR determination為題在線發表于材料化學頂級期刊Sensors and Actuators B: Chemical (IF = 7.460) 。深圳先進院醫工所生物光學中心門涌帆副研究員為該文章的通訊作者，同組博士后布文婷為該文第一作者。
在科研及醫療領域，以核酸為目標的分子檢測需求日益高漲。目前核酸定量檢測的金標準是作為第二代PCR的實時熒光定量PCR（quantitative PCR,qPCR）技術，但其對于低濃度樣品而言，精準度和靈敏度都嚴重受限，嚴重妨礙科研和醫療發展。作為第三代PCR的液滴數字PCR（Droplet digital polymerase chain reaction, ddPCR）技術的出現，極大提高了核酸檢測的準確率及靈敏度。然而，由于高昂的成本以及繁瑣的操作流程，ddPCR的應用目前主要集中在科研領域，臨床應用雖有一定推廣，但依然有限。
為此，門涌帆副研究員團隊開發了一套微流控自適應打印系統(Microfluidic Adaptive Printing system, MAP)，該系統可高效便捷地實現芯片上的微小液滴定點打印。和傳統的依賴表面處理實現液滴生成的系統相比，MAP系統可以在無任何預處理的普通玻璃表面打印任意指定形式的液滴陣列，并直接進行PCR擴增和數據收集，無需二次轉移。處于靜態且相互獨立的液滴大大降低了交叉污染的可能性，并可實現液滴動態追蹤及實時數據采集與分析。MAP微流芯片由兩層廉價的PDMS組成：上層為包括12個通道的直流道、圓形儲液池、進樣口以及進氣口的厚層；下層為帶有12個噴嘴的薄層，兩層PDMS通過等離子鍵合組成一個類似連通器的微流通道。通過自主研發的軟件控制三軸機動模塊的位移以及打印氣壓的大小，MAP系統可在指定位置生成符合預期大小的穩定液滴陣列。該系統整體成本比市面上的液滴生成設備價格降低至少10倍。
此外，為了驗證MAP系統在核酸精準定量方面的應用價值，研究團隊首先以人類全基因組cDNA上的GAPDH基因為模版，進行金標準qPCR和MAP-ddPCR結果對比，發現當樣品濃度小于102 copies/μL，MAP-ddPCR的數據線性度更好，重復性也更高；在此基礎上，研究團隊成功檢測出個位數拷貝濃度的人工合成類病毒ORF1ab和N基因片段，證明該系統可以極大降低新冠病毒檢測的假陰性率。綜上所述，MAP系統在痕量分子精準定量領域具有很強的應用價值和潛力。
該工作獲得了國家自然科學基金青年科學基金項目、廣東省科技廳、深圳市科創委以及深圳灣實驗室開放基金等項目的支持。
論文上線截圖
對于濃度低于102 copies/μL的生物樣品，MAP-ddPCR系統可以產生精確可靠的定量結果。
