呼吸道致病菌检测新突破：微芯片电泳系统适配 qPCR/LAMP 临床准确率达 92.8%

全球范围内，呼吸道细菌感染仍是重大公共卫生威胁。据世界卫生组织 2024 年死亡率数据库显示，2021 年呼吸道感染位列全球死因第四位，占总死亡人数的 13.3%。及时准确的病原体检测是早期诊断的关键，但传统核酸检测（NAT）存在明显瓶颈 —— 常用的磁珠法或离心柱法不仅依赖复杂设备，操作步骤繁琐、耗时较长，还难以实现现场快速检测，这在基层医疗或突发公共卫生场景中尤为不便。

近日，东南大学（生物科学与医学工程学院、数字医学工程国家重点实验室）与江苏省疾病预防控制中心（国家卫生健康委肠道病原微生物重点实验室）的研究团队，在国际期刊《Talanta》发表重要成果，开发出一种基于微芯片电泳的集成化检测平台（MED），成功实现细菌的快速核酸提取与高灵敏检测，为呼吸道致病菌检测提供了高效新方案。

图 1：呈现 MED-qPCR 检测细菌的性能及与传统方法的对比。

该平台的核心创新在于微芯片的梯度凝胶设计。研究团队采用聚碳酸酯材质制作芯片，内部注入由 3% 和 0.8% 两种浓度琼脂糖凝胶构成的梯度结构：高浓度 3% 凝胶能有效阻挡蛋白酶、无关颗粒等大分子杂质，低浓度 0.8% 凝胶则为核酸迁移提供通道，两者配合形成 “筛选 - 富集” 一体化通道。检测时，只需将处理后的样本（如痰液）加入芯片阴极池，通入低压直流电（单芯片功耗不足 1W），细菌即可在电场中直接裂解，释放的带负电核酸会向阳极迁移，最终富集在梯度凝胶的过渡区域，同时完成纯化 —— 凝胶可高效去除溶血、蛋白质等 PCR 抑制剂，纯化后目标区域的蛋白质浓度仅为初始值的 0.83% 以下，为后续扩增检测扫清干扰。

图 2：显示 MED-qPCR 对 7 种病原体的特异性及临床样本一致性。

在性能表现上，MED 平台优势显著。与传统磁珠法相比，MED 结合定量 PCR（MED-qPCR）的检测流程大幅优化：总耗时从 80 分钟缩短至 60 分钟，手动操作时间从 40 分钟压缩到 5 分钟，单样本成本降至 4.5 美元（磁珠法为 8.8 美元）。灵敏度方面，其检测大肠杆菌的下限低至 24 个细胞，远优于磁珠法的 3.8×10⁴个细胞，且在 10¹ 至 10⁸个细胞范围内保持良好线性关系（R²=0.9875），即便是低浓度样本也能实现精准定量。

图 3：展示 MED-LAMP 检测流程、装置结构及荧光强度与菌量关系。

为适配现场检测需求，团队还将 MED 与环介导等温扩增（LAMP）技术结合，开发出 MED-LAMP 系统。该系统无需昂贵的 PCR 仪，只需在芯片核酸富集区域滴加 LAMP 反应液，63℃恒温孵育 40 分钟后，通过小型荧光检测器即可读取结果，总耗时仅 50 分钟。同时，该系统支持多芯片并联操作，单电源可同步驱动多个芯片检测，非常适合基层医疗机构或野外场景使用。

临床验证数据进一步证实了该平台的可靠性。对大肠杆菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌等 7 种常见呼吸道致病菌的检测中，MED 平台特异性达 100%，无交叉反应；对 21 份临床痰液样本（来自南京儿童医院、南京市第二医院）的检测准确率达 92.8%，阳性召回率 96.4%，检测结果与临床诊断高度吻合。

研究团队指出，该微芯片电泳检测平台不仅适用于呼吸道感染检测，还可拓展至食品安全、环境监测等领域。其低设备依赖、低成本、高集成度的特点，尤其能满足资源有限地区的检测需求，为 “即时检测（POCT）” 技术的普及提供了有力支撑，未来有望在基层医疗和突发公共卫生事件处置中发挥重要作用。

参考文献：Qiao Y, Ding L, Huang C, et al. A microchip electrophoresis method for rapid nucleic acid extraction and bacteria detection[J]. Talanta, 2026, 296: 128493.