一种基于等温扩增的集成式纸张微流控装置用于空肠弯曲菌的简单样品应答检测

  空肠弯曲菌是引起食源性疾病的弯曲杆菌属中最常见的一种。空肠弯曲菌的主要宿主是家禽产品，这些产品与大多数疾病有关，因此需要有效的检测方法来实现需求点诊断。本文中，作者开发了一种易于使用的基于纸张/聚合物的混合微流体设备，该设备集成了基于纸张的DNA提取、等温核酸扩增和侧流检测。

  总的来说，重组酶聚合酶扩增(RPA)反应在20分钟内完成，并对空肠弯曲菌表现出100%的特异性，包括从农业生态系统中分离的2个参考菌株和6个野生菌株，9个其他弯曲杆菌亚种菌株和11个非弯曲杆菌菌株。在纤维素纸上提取DNA的检测限(LOD)为46 CFU/mL。在基于纸/聚合物的集成混合微流体装置上，灵敏度降低到460 CFU/mL。

  目前，食品安全已受到世界各国的广泛关注。食源性疾病已成为人类健康的主要威胁，空肠弯曲杆菌是最常见的病原体之一，感染后通常引起轻度和自限性胃肠炎，但可导致长期并发症，如反应性关节炎、肠易激综合征和自身免疫性疾病“格林-巴利综合征”。空肠弯曲菌的主要宿主是家禽产品，这些产品与大多数疾病有关，因此需要有效的检测方法来实现需求点诊断。

  重组酶聚合酶扩增(RPA)是一种等温扩增方法，允许在恒温(37至42℃)下在10至20分钟内以指数方式积累许多核酸拷贝。在20世纪80年代末，基于使用微通道的现有技术，微流体“芯片实验室”平台的概念在生物化学和分子分析中引起了极大的兴趣。这种小型化的设备在小通道内操纵小体积的流体，具有快速分析、低成本和易于操作的优点，并随后成为实验室外使用的理想诊断工具。

  纸微流体，建立在一种极其便宜的纸基上，纸构成交织的纤维素纤维，并形成多孔3D结构，化合物可以通过物理、化学和/或生物化学相互作用容易地固定在该结构上。由于这种多孔结构的性质，流体可以通过毛细力毛细通过纸基材，从而无需外部驱动。用纸量尺代替移液提取DNA的有希望的发现为简化和整合DNA提取直接到微流体装置打开了大门。并且最终的读出工具可以是可视化观察扩增产物的侧流层析试纸条(LFD)。

  图1 检测装置示意图。

  本文研制了一种特异、灵敏、快速、便携的基于纸/聚合物的微流控“芯片实验室”装置，集核酸提取、等温扩增和末端检测于一体。该装置对其他食源性致病菌和非空肠梭菌具有100%的特异性。纤维素纸试纸提取核酸的灵敏度为46 CFU/mL，与常规移液法相同。该微流控装置检测的LOD为4.6×10² CFU/mL，可富集5-15 h后检测鸡肉中的空肠弯曲菌10²CFU/g。RPA试剂在室温下在纸质基材上风干，12 h内保持相同的灵敏度。冷冻干燥试剂在-20℃下保存，3天内保持相似的检测灵敏度，7 ~ 25天后仍有活性，检测限提高了10倍。这种微流控装置为在资源有限的环境中检测致病菌提供了一个小型化的平台，以减轻食源性疾病的负担。

  参考文献：Chen Y, Hu Y, Lu X. An Integrated Paper Microfluidic Device Based on Isothermal Amplification for Simple Sample-to-Answer Detection of Campylobacter jejuni. Appl Environ Microbiol. 2023 Jul 26;89(7):e0069523.