指尖发力！新型微流控芯片为食品安全检测添利器

食源性致病菌如鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌 O157:H7、单核细胞增生李斯特菌等，严重威胁人体健康，全球每年因这类致病菌引发的疾病超 6 亿例，造成巨额经济损失。传统检测方法中，细菌培养虽准确但耗时久，ELISA 缺乏足够灵敏度，PCR 则需复杂预处理，难以满足现场快速筛查的需求。针对这些痛点，中国农业大学等团队联合研发出一种手指驱动微流控芯片，结合重组酶辅助扩增（RAA）技术，实现了多重致病菌的快速、灵敏、简便检测，为食品安全防控提供了革新性工具。

这款微流控芯片以创新设计破解传统检测难题，整体尺寸仅 87mm×57mm×7mm，由上下两层 PDMS 材料通过等离子键合制成。芯片核心亮点在于集成了三个气动单向阀和一个 3D 打印旋转阀：气动单向阀与对应气室配合，实现溶液的单向精准传输，有效避免交叉污染；旋转阀可灵活切换流道方向，精准选择目标溶液流向指定区域。无需外部泵体或复杂设备，仅通过手指按压气室即可驱动流体运动，操作门槛极低，适配现场检测场景。

图 1:展示手指驱动微流控芯片的设计、结构、检测流程及配套便携式荧光设备

芯片将核酸提取、洗脱、扩增及检测全流程集成一体，检测流程高效便捷。首先，将细菌样本、硅磁珠与裂解液的混合物、洗涤缓冲液、洗脱缓冲液分别预装到对应腔室，细菌在 5 分钟内完成裂解，释放的 DNA 通过静电吸附被磁珠捕获；随后按压气室推动混合物流经核酸提取通道，高梯度磁场将磁珠 - DNA 复合物牢牢吸附在通道内，去除背景杂质；经洗涤缓冲液清洗后，切换旋转阀，洗脱缓冲液在 10 分钟内将 DNA 从磁珠上洗脱；最终提取的 DNA 与 RAA 试剂混合，在 39℃下反应 25 分钟完成扩增，整个检测过程仅需 45 分钟。

为保障检测性能，研究团队对关键参数进行了系统优化：选用核酸释放剂实现高效细菌裂解，确定 39℃为最佳扩增温度，2.0μL 引物、0.9μL 探针为最优反应体系。在最优条件下，芯片对鼠伤寒沙门氏菌的检测限低至 15 CFU/mL，单核细胞增生李斯特菌为 38 CFU/mL，大肠杆菌 O157:H7 为 48 CFU/mL，且与蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等非目标细菌无交叉反应，特异性优异。

图 2:对比高梯度磁场与永磁体的磁珠捕获效果，验证 DNA 洗涤和洗脱效率。

配套研发的便携式荧光检测设备进一步提升了实用性，该设备内置 LED 激发光源、珀尔帖加热器和滤光片，体积小巧便于携带。检测时，通过智能手机即可捕获荧光图像，经 ImageJ 软件分析绿色荧光强度（G 值），即可实现细菌定量。在鸡肉样品 spike 实验中，芯片对三种致病菌的回收率介于 83%-112% 之间，相对标准偏差小于 9%，检测结果与定量 PCR 高度一致，充分验证了其实际应用可靠性。

图 3 :优化细菌裂解方法、RAA 扩增温度、时间、引物及探针体积等关键参数。

这款手指驱动微流控芯片凭借操作简便、检测快速、灵敏度高、成本可控等优势，无需专业操作人员和实验室环境，即可完成食源性致病菌的现场筛查。其不仅为食品安全监管提供了高效工具，也可广泛应用于农贸市场、餐饮企业、基层疾控等场景，助力实现食源性致病菌的早发现、早预警，为保障公众饮食安全筑牢技术防线。未来，该技术有望进一步拓展至环境监测、临床诊断等领域，发挥更大的公共卫生价值。

参考文献：Jin N, Yang F, Zhang X, et al. Sensitive detection of multiplex bacteria based on finger driven microfluidics and recombinase aided amplification[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2025: 117750.