微流控芯片应用于等温扩增

高灵敏度、特异性强的核酸检测作为分子诊断的重要手段，可以为病原体的检测和诊断提供准确的信息，一直是传染病检测的金标准之一。自1985年发明以来，聚合酶链式反应作为核酸检测的核心技术之一，在病原体检测、生命科学、动物疾病防控、食品安全检测等各个分子诊断领域发挥了极其重要的作用。但由于设备复杂性高、检测时间长、检测成本高、对专业实验室依赖性强等原因，PCR检测往往需要在中心实验室完成，难以在基层检测机构等各种现场即时检测环境中广泛推广。

为了进一步提高核酸检测水平，实现更方便、更快速的核酸检测，各种等温膨胀技术越来越受到关注，其应用范围不断扩大。一方面，等温膨胀通常通过恒温反应模式实现核酸膨胀，从而显著降低了设备的复杂性；另一方面，等温膨胀通过多种反应酶的相互作用引导核酸膨胀，忽略了PCR的反复和冷却过程，从而显著缩短了核酸检测时间。因此，与PCR相比，等温膨胀在设备简单、检测速度快、操作方便、成本低等方面具有一些明显的优势，特别适用于现场即时核酸检测。

微流控芯片作为一种新型的技术平台，借助其内部集成的微阀、微泵、微反应器、微通道等各种功能单元组成的微流体网络，可以自动完成检测样品的预处理、富集、反应、标记、检测等多个反应步骤。一方面有利于实现样品输入-结果输出的封闭式自动检测，显著提高检测效率；另一方面，有利于实现高通量、并行性，甚至多目标多重检测，显著提高了整体检测水平。核酸检测微流控制系统、免疫检测微流控制系统、单细胞分析微流控制系统等各种新型微流控制芯片检测方法不断涌现。

通过将各种检测分析方法与微流量控制芯片相结合，有助于进一步提高其综合检测性能和水平。近年来，基于微流量控制芯片的新型等温扩增检测技术正成为核酸检测的研究重点。借助微流量控制芯片在流体驱动和检测过程自动化操作方面的显著优势，可以进一步提高微流量控制芯片平台上等温扩增检测的综合性能，实现功能更强、效率更高、操作更方便、检测灵敏度更高的核酸检测。例如，基于离心微流量控制平台，借助其流水线式流体驱动能力，有利于实现样品进入-结果出的综合核酸检测。通过核酸检测过程的全自动化，进一步缩短核酸检测的总时间（核酸提取+核酸扩增），进一步提高等温扩增在检测时间上的优势，这对新型冠状病毒肺炎的现场及时检测具有重要意义。

基于微流控平台，实现高通量或多目标、多重等温膨胀检测，有利于进一步提高等温膨胀在现场及时检测中的应用领域。本文首先总结了当前典型的等温膨胀技术，并介绍了可应用于等温膨胀的常规检测方法。然后，针对当前等温膨胀与微流量控制芯片相结合的特点，对几个典型的等温膨胀微流量控制系统（如功能定位、结构组成、流体控制、系统特征等）进行了分类、总结和特征分析。其次，描述了等温膨胀微流量控制系统在不同病原体检测领域的应用，如新冠肺炎SARS-CoV-2检测和其他病原体检测。最后，介绍和展望了等温膨胀与其他新技术，如CRISPR基因编辑技术。