近日，數(shù)字PCR振動微滴技術(shù)發(fā)明人中國科學(xué)院微生物研究所杜文斌教授在國際分析化學(xué)主流期刊Analytical Chemistry發(fā)表了題為“OsciDrop: A versatile deterministic droplet generator”的期刊內(nèi)封面文章，首次向公眾揭示了振動微滴技術(shù)（OsciDrop）的力學(xué)模型和多重體積數(shù)字PCR研究成果。 數(shù)字PCR作為當(dāng)下最靈敏的核酸檢測技術(shù)，在分子診斷領(lǐng)域備受矚目。

振動微滴技術(shù)是杜文斌教授原創(chuàng)的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字PCR微滴生成技術(shù)路線，具有以下三大優(yōu)勢：①可靠性：創(chuàng)新不對稱振動技術(shù)，實現(xiàn)基于高韋伯?dāng)?shù)的微滴生成新機(jī)制，液滴體積控制更精準(zhǔn)；②低成本：采用低成本注塑加樣吸頭，免除昂貴芯片耗材，顯著降低液滴制備成本；③自動化：以自動化代替手動操作，一體化的使用體驗滿足客戶便捷操作需求。

圖1.振動微滴多重體積數(shù)字PCR登上美國化學(xué)會Analytical Chemistry期刊內(nèi)封面

在芯片法液滴微流控技術(shù)中，毛細(xì)管數(shù)（Capillary number, Ca, 粘滯阻力和界面張力之比）是影響微液滴生成的決定性動力學(xué)常數(shù)。芯片液滴微流控系統(tǒng)遵循界面張力占據(jù)主要地位的低毛細(xì)管數(shù)液滴生成規(guī)律，因此液滴生成常受限于體系的粘度或表面張力。

與此不同，振動微滴技術(shù)巧妙地利用高頻不對稱振動，將加樣吸頭中排出的樣本液體在油相中切割為均一的皮升至納升體積的微滴。通過力學(xué)模型分析發(fā)現(xiàn)，振動微滴法生成液滴時，韋伯?dāng)?shù)（Webers number, We, 慣性力和表面張力之比）的貢獻(xiàn)比毛細(xì)管數(shù)高兩個數(shù)量級以上。因此，振動微滴技術(shù)是一種依托于全新的韋伯?dāng)?shù)主導(dǎo)的可控液滴生成機(jī)制。

數(shù)字PCR的定量范圍受微滴數(shù)量限制，定量范圍的提高往往以成倍增加液滴數(shù)和讀取時間為代價；檢測動態(tài)范圍低于熒光定量PCR，限制了數(shù)字PCR在病毒載量檢測等領(lǐng)域應(yīng)用的普適性。在上述力學(xué)模型基礎(chǔ)上，杜文斌教授利用優(yōu)化的微滴生成條件，實現(xiàn)了200皮升到2微升橫跨5個數(shù)量級的微滴的制備（圖2），人基因組DNA檢測的線性范圍橫跨6個數(shù)量級（圖3）。值得一提的是，本方法僅用注塑加樣吸頭即可靈活實現(xiàn)微滴體積控制，不需要使用微加工芯片耗材，極大的降低了數(shù)字PCR的使用成本。

圖2.振動微滴技術(shù)實現(xiàn)皮升至微升微滴的可控生成

圖3.  多重體積數(shù)字PCR實現(xiàn)跨6個數(shù)量級線性檢測范圍

北京達(dá)微生物科技有限公司（以下簡稱“達(dá)微生物”）作為本研究獨家合作企業(yè)，提供了多重體積數(shù)字PCR檢測系統(tǒng)和配套試劑耗材。達(dá)微生物致力于為臨床和科研用戶提供便捷、高性價比的微流控產(chǎn)品。2021年我國疫情防控進(jìn)入常態(tài)化，各地疾控中心和出入境檢驗檢疫領(lǐng)域?qū)?shù)字PCR檢測的需求顯著上升。2021年12月，達(dá)微生物全自動一體式數(shù)字PCR儀成功中標(biāo)上海海關(guān)口岸門診部的數(shù)字PCR一體機(jī)采購項目（圖4）。數(shù)字PCR的技術(shù)特點是高靈敏度和絕對定量。這兩大優(yōu)勢，可以更好的解決境外中高風(fēng)險區(qū)入境者隔離期滿復(fù)陽、如何早期發(fā)現(xiàn)低病毒載量的無癥狀感染者等困擾海關(guān)口岸的問題。

據(jù)了解，達(dá)微生物基于振動微滴技術(shù)推出的全自動一體式數(shù)字PCR儀，在國產(chǎn)數(shù)字PCR一體機(jī)市場中銷量遙遙領(lǐng)先，有效解決了現(xiàn)有數(shù)字PCR儀使用繁瑣、依賴人工等問題。針對分子診斷的快速發(fā)展，團(tuán)隊將繼續(xù)深耕微流控領(lǐng)域，持續(xù)產(chǎn)品創(chuàng)新，為中國乃至全球體外診斷做出貢獻(xiàn)！

達(dá)微生物是一家由留學(xué)歸國人員創(chuàng)立的、以微流控技術(shù)驅(qū)動的體外診斷高科技創(chuàng)新企業(yè)。 公司入選中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)、海淀區(qū)胚芽企業(yè)，榮膺中關(guān)村國際前沿大賽醫(yī)療器械領(lǐng)域前三甲，并獲“北京市新技術(shù)新產(chǎn)品認(rèn)證”。 依托微流控核心技術(shù)的長期積累，達(dá)微生物致力于創(chuàng)新型生命科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器和試劑的自主研發(fā)和推廣，為精準(zhǔn)醫(yī)療、生命科學(xué)研究等提供下一代自動化、精準(zhǔn)化、高通量的解決方案。  

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