在經(jīng)過近二十年的發(fā)展，數(shù)字微流控技術(shù)逐漸成熟，理論也逐漸完善，近幾年國內(nèi)外涌現(xiàn)出諸多商品化產(chǎn)品，將數(shù)字微流控技術(shù)推向市場。盡管數(shù)字微流控技術(shù)逐漸成熟，但該技術(shù)仍存在加工成本高、技術(shù)要求高、儀器開發(fā)難度大等諸多問題待解決，這也大大限制了該技術(shù)的普及。

目前仍然有許多科研工作者致力于解決這些問題，帶領(lǐng)數(shù)字微流控技術(shù)走出實驗室，走進人們的日常生活，實現(xiàn)在即時檢測、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、生化分析等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

1、ePlex平臺

ePlex是美國GenMark公司研發(fā)的一種數(shù)字微流控平臺，它具備高度的自動化特性，是目前市場上唯一一個從采樣到應(yīng)答的工作流系統(tǒng)。ePlex秉承著為患者設(shè)計，為實驗室優(yōu)化的理念，經(jīng)過精心設(shè)計，實現(xiàn)了高度的自動化和集成化。

ePlex根據(jù)實驗室和醫(yī)療系統(tǒng)的多樣化和不斷變化的需求，結(jié)合客戶反饋、自由定制和直觀的用戶界面，旨在開發(fā)一種更為高效和人性化的軟件。為滿足大多數(shù)機構(gòu)的需求，ePlex系統(tǒng)提供了模塊化和可伸縮的設(shè)計，通過一個簡化的路徑增加容量。

目前ePlex擁有5種不同的儀器配置，測試通道最多可達到24個，其中ePlex NP每次可同時測試12個患者樣本，而ePlex4的配置超過了世界上任何一個從采樣到應(yīng)答平臺。

到目前為止，ePlex一共更新過4次，每個版本都做出了重大的改進并引入了更多的增強功能，旨在提高每一個環(huán)節(jié)的效率。

ePlex4提供了許多新功能，有助于提高以患者為中心的醫(yī)療服務(wù)效率，其具備24個通道，每天可檢測288個患者樣本，可自動進行質(zhì)量監(jiān)控，檢測速度較ePlex1提高了4倍。

GenMark公司主要有呼吸道病毒檢測芯片、HCVg直接檢測、囊性纖維化基因分型、血栓形成傾向風(fēng)險測試、華法林阻凝劑敏感性測試等。

其中，GenMark eSensor技術(shù)是基于競爭DNA雜交和電化學(xué)檢測原理。其對目標(biāo)生物標(biāo)志物具有很高的特異性，并不基于熒光或光學(xué)檢測。因此，診斷測試不太容易出現(xiàn)樣本污染風(fēng)險，也不需要耗時的清洗和準(zhǔn)備步驟。

2、OpenDrop平臺

OpenDrop是由一個開放研究團隊Gaudi團隊研發(fā)的數(shù)字微流控平臺，首次在2017年微流控年會上展示。該平臺利用介電潤濕的原理控制微小液滴的運動，在芯片上實現(xiàn)小體積反應(yīng)，可應(yīng)用于芯片實驗室中的數(shù)字生物自動化過程。同樣作為一種開放性的平臺，OpenDrop支持操作硬件所需的所有設(shè)計文件和軟件都在開放許可下共享。

為了降低其他實驗室對數(shù)字微流控的研究門檻和成本，該團隊秉持著DIY模式和低成本的理念，盡可能使用市場上標(biāo)準(zhǔn)化組件、材料和生產(chǎn)過程，將設(shè)備運行的成本最小化，以避免個別客戶無法使用部件或需要支付昂貴的安裝費用。

Gaudi團隊最早是從印刷電路板上的電潤濕實驗開始研究數(shù)字微流控平臺，通過Arduino UNO控制晶體管對電極供電。經(jīng)過短短兩三年的時間，Gaudi團隊已經(jīng)在數(shù)字微流控儀器構(gòu)建上取得了重大進展。到目前為止，OpenDrop平臺已經(jīng)更新到第四代。

第一代是以印刷電路板作為電極層，通過可伸縮的電子控制和簡單的涂布方法，實現(xiàn)了DIY模式和低成本理念。

第二代采用兩倍電壓驅(qū)動芯片HV507，并擴大了電極陣列，從原來的8×8電極陣列擴大到16×8電極陣列，每個電極2.75mm。此外還增加了液體進樣口、LED顯示屏、電壓控制讀取模塊以及wifi模式。

第三代是OpenDrop V3，相比于前兩代，第三代OpenDrop做出了重大的改進，具有許多新的特性。首先在電極方面，OpenDrop V3采用鍍金的電極陣列，將14x8電極陣列和4個儲液槽集成到印刷電路板上，液滴可以停留在涂覆了疏水材料的薄膜上；在液滴驅(qū)動方面，該設(shè)備通過USB-C到USB-A電纜供電，運用軟件設(shè)置驅(qū)動電壓，可高達300V，支持交流和直流電壓兩種模式；OpenDrop V3運用32位AVR SAMD21G18微處理器，擁有充足的內(nèi)存和電源；增加了多音音頻放大器和揚聲器。

OpenDrop V4是OpenDrop平臺的最新版本，在第三代的基礎(chǔ)上，芯片卡盒做了較大的改進。主機上設(shè)置有卡槽，將組裝好的芯片卡盒嵌入進開放式或“無頂式”電潤濕儀器中，即可開展設(shè)備演示，更適用于研討會，教學(xué)和技術(shù)演示。

利用介電潤濕效應(yīng)來移動液滴的關(guān)鍵是擁有一個超疏水性良好的滑動表面，市場上有不同的電潤濕涂層材料，如氟化聚合物、特氟龍等，這些都是非晶型氟聚物，可通過自旋涂層或浸漬涂層沉積。

Gaudi團隊最早只是使用了聚乙烯(polyethylene, PE)和廚房錫紙材料作為疏水材料，再在上面涂布Rain-X—一種用于擋風(fēng)玻璃的商用防雨劑。后來他們發(fā)現(xiàn)在簡單的無上極板體系中利用保鮮膜和硅油組合作為疏水層是一個更好的選擇。之后為了適應(yīng)有上極板的體系，他們開發(fā)了更先進的解決方案，即使用聚四氟乙烯箔和氟化聚合物作為疏水材料。

3、DBS數(shù)字微流控平臺

2010年成立的上海衡芯生物科技有限公司（簡稱“衡芯生物”），是我國家專注于開發(fā)數(shù)字微流控芯片、儀器及其應(yīng)用的高新生物科技公司，在數(shù)字化微流控技術(shù)方面已經(jīng)獲得多項國際專利。自成立起至2013年，該公司依次完成了以硅為基底的微流控芯片和玻璃芯片的研發(fā)，并于2014年在中國、美國、歐盟、韓國等多個國家或地區(qū)獲得雙電極結(jié)構(gòu)芯片的授權(quán)。2015年，衡芯生物完成了與羅氏診斷的合作，實現(xiàn)了衡芯產(chǎn)品在手足口病、肺結(jié)核、乙肝等傳染病檢測中的應(yīng)用。

該公司針對不同實驗的需求對芯片進行不同的設(shè)計，為方便控制溫度及光學(xué)測量，他們采用玻璃基底和透明電極；為實現(xiàn)微量樣品的檢測，他們設(shè)計的上板有玻璃和塑料兩種形式，并且設(shè)有進樣和取樣孔。目前，衡芯生物生產(chǎn)的數(shù)字微流控設(shè)備主要有以下三種。

(1)基于數(shù)字微流控技術(shù)的定量PCR(polymerase chain reaction, 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))儀一DBS-qPCR HT。作為一種高靈敏度的分子檢測方法，定量PCR在生命科學(xué)研究、臨床醫(yī)療檢測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括傳染病的診斷與療效評估，腫瘤標(biāo)志物及其基因檢測，優(yōu)生優(yōu)育檢測，遺傳基因檢測，食品過敏源、轉(zhuǎn)基因檢測，動物疾病檢測，法醫(yī)鑒定，衛(wèi)生檢驗檢疫等。

他們在芯片的不同區(qū)域設(shè)置PCR所需溫度，通過移動液滴的方法對其進行PCR，并可實現(xiàn)16個樣本同時熒光檢測。DBS-qPCR HT的反應(yīng)體積范圍大，在2~15uL，可用于體積要求較大的傳染病樣本檢測，又可用于對試劑成本較高或起始量較小的樣本檢測，在小體積時最快在15min之內(nèi)可完成40個PCR循環(huán)，具備高速、高效的特點。

(2)基于數(shù)字微流控技術(shù)的高通量測序自動建庫儀—DBS-LibPrep，這是個適用于Illumina測序平臺的文庫制備系統(tǒng)，用戶只需完成加樣和加試劑的操作剩下的諸如酶切、末端修復(fù)、加腺嘌吟核苷酸尾、加連接頭、PCR以及磁珠清洗等過程均可由儀器自動完成。相比于傳統(tǒng)的建庫方法，DBS-LibPrep最多可節(jié)省95%的試劑用量。它操作簡便，只需要一次性加樣和一鍵操作，即可同時實現(xiàn)4個文庫的制備，制備好的文庫可直接用于上機測序。

(3)基于數(shù)字微流控技術(shù)的熒光定量PCR儀一DBS-3000mini，是上海衡芯生物科技有限公司專門為基于液體工作站文庫構(gòu)建而設(shè)計的，集DNA擴增和定量于一體。DBS-3000mini有16個獨立控制的反應(yīng)通道，在擴增DNA的同時對樣本的熒光強度進行實時測量，當(dāng)樣本的熒光強度達到閾值時，可以停止對該樣本的溫度循環(huán)，而其他樣本的擴增可以繼續(xù)進行。

這樣不管起始濃度差，建庫結(jié)束后16個樣本的濃度量級相當(dāng)，保證了擴增后16個樣本的均一性，從而提高了測序的質(zhì)量。這臺儀器可單獨作為定量PCR儀或液體工作站的插件使用，在二代測序樣本建庫時，可對每個樣本進行獨立的PCR熒光監(jiān)測與控制。

另外，該公司可提供數(shù)字微流控產(chǎn)品定制，自由選擇功能模塊，包括1~5個芯片溫控模塊(4~100℃)，對芯片實現(xiàn)區(qū)域控溫、1~4個波長光激發(fā)，在芯片上可同時對16個液滴進行光激發(fā)和檢測、芯片上的磁珠控制，用于對DNA或抗原的捕獲、清洗和洗脫。可實現(xiàn)多種功能：①極速實時熒光定量PCR;②高通量恒溫?zé)晒舛繖z測；③核酸樣本預(yù)處理；④免疫熒光檢測；⑤化學(xué)發(fā)光檢測；⑥細胞分選；⑦基于CRISPR的核酸檢測。

4、Digifludic平臺

迪奇孚瑞生物科技有限公司成立于2018年，主要以數(shù)字微流控技術(shù)為核心，以自動化核酸分析系統(tǒng)為主要產(chǎn)品，致力于開發(fā)精準(zhǔn)自動化體外診斷設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)療疾病診斷、動植物病害檢測、健康指標(biāo)檢測、進出口檢驗檢疫、食品安全檢測等。該公司應(yīng)用的微流控技術(shù)來源于澳門大學(xué)的研究成果，在微型芯片上的液滴可以作為載體，承載各種化學(xué)生物反應(yīng)試劑、細胞、蛋白質(zhì)、DNA和RNA等，使其可以被移動、分樣、融合和控溫，繼而能夠自動完成各種相關(guān)的測試反應(yīng)。

迪奇孚瑞生物科技有限公司主要的芯片有傳染病檢測芯片、健康指標(biāo)檢測芯片、動植物病害檢測芯片，以及蝦類水產(chǎn)病毒病害檢測芯片。這里主要介紹傳染病檢測芯片和動植物病害檢測芯片。

這兩種芯片的外觀基本一致，并且同時都可以為12個指標(biāo)進行聯(lián)合測試，一次可加樣多個指標(biāo)。傳統(tǒng)的PCR流程在實際的操作中，需要進行樣品制備、核酸提取、純化、擴增、與標(biāo)志物雜交等步驟，最后才能進行檢測，這個過程耗時長、易污染、對操作人員和場地有較高的要求。而他們的芯片具有小型化、集成化、自動化的特點，一次可加樣預(yù)存多個指標(biāo)，在很大程度上解決了上述問題，省時省力，降低污染。

針對傳染病患者，他們可將多達12種的致病病原體試劑預(yù)存在芯片上，可一次檢測出具體是哪種病原體致病，從而讓患者接受更有針對性的治療。這一過程耗時短，可以避免因未及時治療而導(dǎo)致的病情惡化，也為患者提供便利，在家中便可以檢測。而對于養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)業(yè)主十分友好，檢測時間只需30~60min，方便業(yè)主實時掌握質(zhì)量數(shù)據(jù)。

審核編輯：劉清