微流控智检：45分钟锁定完整呼吸道病原，早期感染一目了然

设计原理

呼吸道病原具有高传染性、潜伏期短、病程进展快等特点，传统核酸或抗原检测方法往往难以准确反映临床样本中完整、潜在感染性病原颗粒所代表的传播风险。核酸扩增技术，如PCR、LAMP、RPA及RAA，虽具有快速、灵敏等优势，但无法区分检测信号究竟来自完整病原颗粒，还是来自游离核酸、破损颗粒或无感染性的残留物。此外，传统抗原检测灵敏度相对较低，且抗原阳性也不一定代表病原仍具有复制能力，因此可能影响对真实传播风险的判断。

针对这一难点，研究团队设计了一种双筛选策略：利用重组人甘露糖结合凝集素（rhMBL）功能化磁珠（MBs）实现对完整病原的广谱捕获，同时结合改良型活性染料PMAxx，抑制游离核酸及受损病原颗粒中核酸的扩增信号（图 1）。需要注意的是，完整颗粒并不完全等同于具有培养活性的感染性病原，但其保留结构边界，是潜在感染性的物理基础。该策略可排除多数非感染性残留物，为快速评估传播风险提供了更具临床相关性的检测思路。

图1 图文摘要

一、病原捕获与PMAxx优化

rhMBL-MBs经TEM表征显示表面变得粗糙并出现不规则凸起，可成功捕获BPL灭活的H3N2病毒颗粒，且病毒包膜保持完整（图2C-D）。通过PMAxx处理，可有效消除裂解病毒产生的RT-qPCR信号（ΔCt > 18.21 cycles），从而降低游离核酸或破损颗粒导致的假阳性风险（图2F-G）。进一步实验表明，是否去除rhMBL-MBs对后续核酸提取效率无显著影响，因此选择直接裂解rhMBL-MBs-病原复合物，省去了上机前再次分离磁珠的步骤（图2H）。

图2 病原完整颗粒识别策略构建与rhMBL磁珠捕获性能验证

二、 一步法实时RAA检测优化

原始两步法（病原结合后再进行PMAxx处理）被优化为一步一锅法，实验显示不同浓度下的 Tt 值与两步法相当（图3B）。rhMBL-MBs用量优化为150 μg；同时，PMAxx孵育和光照处理条件进一步缩短，最终形成约15分钟的上游样本前处理流程，并与后续30分钟芯片内自动检测衔接，从而将整体检测时间控制在45分钟以内。

图3 一步法PMAxx-rhMBL-MBs检测体系建立与参数优化

三、POC微流控设备实现自动化

该设备通过微流控芯片实现核酸提取、纯化、RAA扩增和实时荧光检测的芯片内自动化操作（图4-5）。检测流程包括低速离心分配样品与缓冲液、裂解室内核酸捕获、矿物油密封、磁珠转移纯化、相变阀释放洗脱液以及RAA反应室扩增检测等步骤。需要注意的是，rhMBL-MBs与PMAxx相关的上游样本前处理仍在芯片外完成，并非完全闭环式全自动操作。检测完成后，设备可将结果实时上传至智能监测平台，实现检测过程追踪和报告自动生成（图4-5）。

图4 微流控POC检测平台的整体结构与工作流程 

图5 微流控芯片自动化核酸检测过程验证

四、灵敏度与特异性

POC设备对H1N1、H3N2、IBV-Yamagata、IBV-Victoria、RSV-A、RSV-B、Adv-3、Adv-7 及MP的检测限分别为5×10³ TCID50/mL、5×10³ TCID50/mL、5×10³ TCID50/mL、5×10³ TCID50/mL、2×10³ PFU/mL、10³ PFU/mL、5 TCID50/mL、50 TCID50/mL和500 PFU/mL。与商业胶体金LFA试剂相比，该设备的检测灵敏度提高约10–1000倍（图6）。同时，RAA反应仅对目标病原产生特异性荧光信号，在非目标病原存在时未观察到假阳性信号，说明该平台具有较好的特异性（图6J）。

图6 POC平台检测性能评估与多病原识别能力验证

五、临床样本应用

在40份已由RT-qPCR/qPCR确认阳性的患者临床拭子样本和10份健康对照样本中，急性期样本（确诊后2–3天）POC设备检测阳性率为100%，与 RT-qPCR/qPCR和LFA结果一致；恢复期样本（确诊后7–10天）中，RT-qPCR/qPCR仍为100%阳性，LFA阳性率为0%，而POC设备阳性率为40%（图7B）。这一结果提示，该设备可在恢复期样本中进一步区分仍可能存在完整病原颗粒的个体，避免单纯核酸检测因非感染性残留核酸持续存在而高估传播风险，体现其在感染风险评估和隔离决策中的潜在临床价值。

图7 临床样本检测效果与感染风险评估能力验证

结论

rhMBL可识别多种微生物表面的保守糖基结构，已有研究表明其可结合超过95种微生物，包括革兰阴性菌、革兰阳性菌、真菌、病毒和寄生虫。本研究利用rhMBL-MBs的广谱捕获能力，结合PMAxx处理和微流控芯片，实现了对多种完整呼吸道病原颗粒的快速检测。与部分现有单病原或流程较长的完整病原检测系统相比，本设备在检测时间、病原覆盖范围和多重识别能力方面具有优势；通过结合约15分钟的上游样本前处理和约30分钟芯片内自动检测，总检测时间可控制在45分钟以内。临床验证显示，该平台可识别部分恢复期仍携带完整病原颗粒的患者，为传播风险评估、隔离期限判断和感染防控提供辅助依据。创新点包括广谱捕获结合选择性染料，有助于区分完整、潜在感染性病原颗粒与游离核酸或受损残留物；自动化微流控芯片实现高效检测，并支持多重病原识别。局限性在于目前设备一次仅处理单个样本，尚缺乏病原负载定量分析，且上游前处理仍需手动操作。未来可进一步集成全自动前处理模块，实现全封闭一体化系统，并结合可穿戴监测设备，用于社区感染监测与数据驱动的隔离管理。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.139658