中山大学周建华团队利用微流控技术实现新冠病毒抗体的5分钟超快速免疫检测

新型冠状病毒疫情在全球广泛传播。为了有效控制传染源，实现早发现、早隔离、早治疗，需要对疑似患者进行快速准确的现场检测，实现初步筛查。然而，在常规的新冠核酸检测方法中，通常需要花费数小时的时间来确保检测的准确性；而在现场免疫测定中常有可能出现假阴性或假阳性的结果，而且耗时较长。这不仅增加新冠检测人员的工作负担，也给新冠病毒的快速有效检测带来了挑战。

针对上述问题，中山大学生物医学工程学院周建华团队与中山大学附属第五医院分子影像中心陈守登团队合作，提出了一种利用液体往复流动的微流控策略来实现新冠患者血清中的特异性病毒N蛋白（SARS-CoV-2病毒核衣壳蛋白，Nucleocapsid protein）抗体的超快速免疫检测。往复流动免疫结合方法使液体中的抗体在人为控制的连续往复流动中与微流控芯片上的固定抗原反复接触，能在60秒内达到充分的免疫结合。该策略被应用于13例新冠疑似患者的血清特异性抗体检测中，获得了与临床检测完全一致的阴性和阳性检测结果，检测时间缩短至5分钟内，定量限（LOQ）低至4.14 pg/mL，实现了对新冠病毒抗体的超快速检测。

图1. 往复流动免疫结合的微流控技术原理

他们制备了固定有抗原检测点的微流控芯片，携带抗体的液体流入微通道后，会在检测位点与抗原接触并发生反应。实验发现，通过施加一定压强（如利用矿泉水瓶），可将携带抗体的液体的自然流动调节为可控的往复流动，使样品流体可以反复流过检测点，实现抗体与抗原的多次往复接触，这大大减少了抗原和抗体之间的充分免疫结合时间。结合动力学检测的结果显示，在这种往复流动的作用下，充分的免疫结合所需的时间可以减少至1分钟以内，接近静态免疫结合所需时间的十分之一。他们还利用ANSYS软件在计算机上模拟了往复流动过程中样品液体的流向和流量的变化，模拟结果支持所提策略的可行性。

图2. 利用往复流动微流控ELISA芯片对anti-SARS-CoV-2核蛋白进行血清定性检测

他们将这种利用往复流动策略的微流控ELISA芯片应用于13例新冠疑似患者的血清特异性抗体检测，每一步的免疫结合只需要1-2分钟，这使得整个抗体检测过程在5分钟内完成，且实验检测结果与临床检测结果完全一致，定量限低至4.14 pg/mL的定量检测，这表明该检测策略具有可靠的临床应用潜力，为针对新冠病毒特异性抗体的快速检测提供了产学研转化基础。

与常规静态ELISA法、免疫层析法和电化学发光法相比，往复流动微流控ELISA技术结合并具备了以下优点：检测设备简单、微量的样品消耗、超快速的检测速度、较低的定量限和较高的即时检测（POCT）应用潜能。

表1. 往复流动微流控ELISA技术与传统静态ELISA、免疫层析法、电化学发光法的检测性能比较

这一成果近期发表在Biosensors and Bioelectronics 上，文章的第一作者是中山大学的博士研究生刘廙人，通讯作者是中山大学生物医学工程学院的周建华教授和中山大学附属第五医院分子影像中心的陈守登研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中山大学高校基础科研项目、深圳市基础研究项目和珠海市“新型冠状病毒感染防治”应急科技攻关专项的支持。

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Reciprocating-flowing on-a-chip enables ultra-fast immunobinding for multiplexed rapid ELISA detection of SARS-CoV-2 antibody

Yiren Liu, Yayin Tan, Quanying Fu, Maoren Lin, Jinxu He, Suhua He, Mei Yang, Shoudeng Chen**, Jianhua Zhou*

Biosensors Bioelectr., 2021, 176, 112920, DOI: 10.1016/j.bios.2020.112920

导师介绍

周建华

https://www.x-mol.com/university/faculty/62331