基于“血糖仪+智能手机”的微流控装置

  • 2024 - 03 - 21
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为了达成CTCs检测的高效率、便携性及高通量目标,中国药科大学的李曹龙与王飞研究团队创新性地融合了智能手机应用与市面上常见的便携式血糖仪(PGM),打造了一款基于Au@CuMOF级联酶的CTCs即时检测微流控系统。在这套微流控技术中,团队巧妙地运用了1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四羧酸(DOTA)和去甲肾上腺素(NE)修饰的Au@CuMOF信号探针,以及Fe₃O₄@SiO₂捕获探针,对数量有限的PCC-CTCs实现了双重识别和捕获。

值得一提的是,Au@CuMOF级联纳米酶能够精准地与目标CTCs结合,使得所形成的细胞复合物既展现出类葡萄糖氧化酶的活性,又具备类过氧化物酶的活性。这种双重活性进一步促进了葡萄糖的还原反应,从而为CTCs检测提供了比色法和便携式血糖仪(PGM)两种检测模式。

此项研究成果以“Cascaded nanozyme-based high-throughput microfluidic device integrating with glucometer and smartphone for point-of-care pheochromocytoma diagnosis”为题发表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。

一种同时捕获和识别CTCs的微流控装置原理图

微流控装置的设计过程离不开计算机辅助设计(CAD)软件的辅助,随后通过经典的软光刻技术精心制作。这款创新的微流控平台巧妙地融合了多个通道于一块芯片之中,使得它能够同时处理六种不同的病人样本。每个独立运作的检测单元都独具匠心,内含一个微混合器通道(直径为0.5毫米)、一个分离室(尺寸为4毫米 × 3毫米)以及一个可视检测室(直径达到0.6厘米)。不仅如此,微流控阵列芯片还设有六个样品入口,专门用于收集细胞混合物样本;三个3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)入口,用于进行视觉分析;以及六个出口,用于基于PGM技术的葡萄糖检测。

Au@CuMOF纳米盒的级联纳米酶活性

为了进一步探究阵列微流控装置在磁分离方面的效能,科研人员借助显微镜成像技术,深入研究了Fe₃O₄@SiO₂-NE捕获探针对隔离通道内PC12细胞的原位捕获效能。这种经过NE功能化处理的纳米探针,具备与目标CTCs上表达的去甲肾上腺素转运蛋白(NET)进行选择性相互作用的特殊能力,从而实现对PC12细胞的精准靶向。

当施加外部磁场时,细胞与探针形成的复合体被有效地固定在分离通道的底部,从而实现了对CTCs的高效捕获与分离。随着液体流动时间的递增,其捕获效率也呈现出逐渐提升的趋势,在分离通道中持续30分钟后达到顶峰。此项研究的结果充分证明,结合磁场的微流控技术能够在复杂的生物环境中实现对PCC-CTCs的原位捕获,为进一步的临床检测与早期诊断提供了有力的技术支持。

微流控平台的设计以及血管化类器官的构建图

总体而言,便携式血糖仪、智能手机和阵列微流控芯片的结合,使PCC的快速、便携、高通量诊断成为可能,为各种癌症的传统液体活检诊断提供了一种方便、可靠的替代方案。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116105