门涌帆课题组开发了经济有效且能精准定量痕量生物分子的新方法

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近日，中国科学院深圳先进技术研究院门涌帆团队的最新成果以A low-cost, programmable, and multi-functional droplet printing system for low copy number SARS-Cov-2 digital PCR determination为题在线发表于材料化学顶级期刊Sensors and Actuators B: Chemical (IF = 7.460) 。深圳先进院医工所生物光学中心门涌帆副研究员为该文章的通讯作者，同组博士后布文婷为该文第一作者。
　　在科研及医疗领域，以核酸为目标的分子检测需求日益高涨。目前核酸定量检测的金标准是作为第二代PCR的实时荧光定量PCR（quantitative PCR,qPCR）技术，但其对于低浓度样品而言，精准度和灵敏度都严重受限，严重妨碍科研和医疗发展。作为第三代PCR的液滴数字PCR（Droplet digital polymerase chain reaction, ddPCR）技术的出现，极大提高了核酸检测的准确率及灵敏度。然而，由于高昂的成本以及繁琐的操作流程，ddPCR的应用目前主要集中在科研领域，临床应用虽有一定推广，但依然有限。

　　对于浓度低于102 copies/μL的生物样品，MAP-ddPCR系统可以产生精确可靠的定量结果。

　　为此，门涌帆副研究员团队开发了一套微流控自适应打印系统(Microfluidic Adaptive Printing system, MAP)，该系统可高效便捷地实现芯片上的微小液滴定点打印。和传统的依赖表面处理实现液滴生成的系统相比，MAP系统可以在无任何预处理的普通玻璃表面打印任意指定形式的液滴阵列，并直接进行PCR扩增和数据收集，无需二次转移。处于静态且相互独立的液滴大大降低了交叉污染的可能性，并可实现液滴动态追踪及实时数据采集与分析。MAP微流芯片由两层廉价的PDMS组成：上层为包括12个通道的直流道、圆形储液池、进样口以及进气口的厚层；下层为带有12个喷嘴的薄层，两层PDMS通过等离子键合组成一个类似连通器的微流通道。通过自主研发的软件控制三轴机动模块的位移以及打印气压的大小，MAP系统可在指定位置生成符合预期大小的稳定液滴阵列。该系统整体成本比市面上的液滴生成设备价格降低至少10倍。
　　此外，为了验证MAP系统在核酸精准定量方面的应用价值，研究团队首先以人类全基因组cDNA上的GAPDH基因为模版，进行金标准qPCR和MAP-ddPCR结果对比，发现当样品浓度小于102 copies/μL，MAP-ddPCR的数据线性度更好，重复性也更高；在此基础上，研究团队成功检测出个位数拷贝浓度的人工合成类病毒ORF1ab和N基因片段，证明该系统可以极大降低新冠病毒检测的假阴性率。综上所述，MAP系统在痕量分子精准定量领域具有很强的应用价值和潜力。
　　该工作获得了国家自然科学基金青年科学基金项目、广东省科技厅、深圳市科创委以及深圳湾实验室开放基金等项目的支持。


        文章来源：深圳先进院
        门涌帆，副研究员，博士生导师。2012年在北京大学获得博士学位。2012年-2016年，先后在北京大学、美国圣母大学和加州大学戴维斯分校担任博士后研究工作。加州大学伯克利分校访问学者。2017年回国加入中国科学院深圳先进技术研究院，任副研究员。主要研究方向为研发具有科研前沿性和产业化可行性的微流控技术，尤其在机器人智能自动化、下一代基因测序、单细胞分析、表型组学、质谱分析、医疗诊断等关键生物医学工程领域进行重点结合与突破。研究组具有较强的将原创技术进行产业转化的能力。共发表14篇SCI期刊文章，8篇专利。目前主持国家级项目1项，作为核心成员参与广东省创新团队“新型高灵敏度柔性仿生触觉传感技术研发及产业化”项目，主持深圳市基础研究项目2项，参与省级纵向课题及企业横向课题3项。