中国工程院食品安全院士团队

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据世界卫生组织数据，全球每年因沙门氏菌、大肠杆菌 O157:H7、李斯特菌等 250 多种食源性致病菌导致 6 亿人患病，经济损失高达 1100 亿美元。传统检测手段中，培养法虽准确却需数天时间，ELISA 虽快速但灵敏度不足，PCR 虽灵敏却依赖复杂预处理，均难以满足实时监测需求。而新研发的手指驱动微流控芯片通过整合全流程检测步骤，成功突破了这些瓶颈。

该芯片设计精巧，长 87 毫米、宽 57 毫米、高 7 毫米，由顶层和底层构成，集成了样本处理、DNA 提取、扩增反应等关键模块。其核心创新在于流体控制系统：3 个气动单向阀与对应气室配合，实现溶液的单向传输，有效避免不同通道间的交叉污染；1 个 3D 打印旋转阀则可灵活切换溶液流向，确保试剂精准送达指定区域。这种设计使得操作人员仅通过手指按压气室即可驱动流体，无需依赖外部动力设备，大幅简化了操作流程。

图 1：展示手指驱动微流控芯片的设计、结构、检测流程及便携式设备设计。

在检测流程上，芯片实现了 “一站式” 处理：首先，细菌样本与裂解液、硅磁珠混合，细菌裂解后释放的 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 DNA 提取通道，高梯度磁场将磁珠 - DNA 复合物固定在通道内，背景杂质则被排至废液室；经洗涤液去除杂质后，旋转阀切换通路，洗脱液将 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，通过配套的便携式荧光设备检测信号。该设备以 470nm LED 为激发光源，配合 510nm 滤光片去除干扰光，可通过智能手机采集荧光图像并分析定量。

图 2：对比不同裂解方法、温度及扩增条件（温度、时间、引物 / 探针体积）的优化结果。

图 3：呈现芯片检测三种细菌的荧光强度、校准模型、特异性及与 qPCR 的性能对比。

性能测试显示，该系统在最优条件下表现卓越：对鼠伤寒沙门氏菌的检测限低至 15 CFU/mL，大肠杆菌 O157:H7 为 48 CFU/mL，李斯特菌为 38 CFU/mL，全程仅需 45 分钟。特异性实验中，其对目标菌的荧光信号显著高于非目标菌（如蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌），混合样本中也能精准识别。在鸡肉样本的实际验证中，三种致病菌的回收率达 83%-112%，与 qPCR 检测结果高度一致，证明了其在复杂基质中的实用性。

研究团队指出，该技术的优势源于三方面：气动单向阀的良好密封性避免了交叉污染，高效的 DNA 提取与 RAA 扩增提升了信号强度，便携式设备确保了现场检测能力。相比现有方法，其无需复杂预处理、操作简便、灵敏度高，为食品加工、市场监管等场景的食源性致病菌快速筛查提供了理想工具，有望在提升食品安全保障水平方面发挥重要作用。

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.

来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。