全集成微液滴数字PCR微流控技术，Anal. Chem., 2020

发表文献网址：http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c00818

摘要

2020年4月23日，清华大学医学院刘鹏研究员团队在《Analytical Chemistry》发表题为”Sample-to-answer” detection of rare ctDNA mutation from 2-mL plasma with a fully integrated DNA extraction and digital droplet PCR microdevice for liquid biopsy”的研究论文，该研究通过一款全集成、一体化的微流控芯片卡盒，实现了液体活检从样本到结果全流程的集成。卡盒可直接接收2 mL血浆样本，完成循环肿瘤DNA（ctDNA）提取、液滴数字PCR（ddPCR）检测分析。这一成果为基于ddPCR的液体活检向小型化、集成化、自动化方向发展提供了新思路。

研究背景

ctDNA是肿瘤细胞体细胞DNA经脱落或者当细胞凋亡后释放进入循环系统，由于会携带来自肿瘤细胞的基因突变，通过对血浆中ctDNA的液体活检，可以得到肿瘤相关的重要信息。尽管ctDNA在血浆中含量极低，但由于ddPCR技术的高灵敏度和绝对定量特性，可用于血浆中ctDNA低频突变的检测，为液体活检提供强有力的工具。

方法与结果

研究人员将三维结构卡盒与二维结构芯片键合，通过功能模块的串联组合实现复杂的流体控制功能。

在卡盒验证实验中，研究人员先后进行了ctDNA提取、ddPCR、液体活检实验，使用新羿生物®人EGFR突变基因检测试剂盒、微液滴生成油及检测油作为ddPCR相关实验的试剂，对芯片上ddPCR效果进行了评测。测试结果如图1所示，A与B展示了4种不同模板浓度下，芯片上的阳性检出数与使用泊松分布的估计值近似为线性关系（R2 = 0.9986），证明了芯片上ddPCR的稳定性。图1中C与D展示了全流程实验结果；一共6次实验中均成功检出突变，证明了全集成ctDNA突变检测芯片的可行性与重复性。

研究结论

微流控芯片技术可以实现复杂流体操作的全集成，研究人员通过三维卡盒与二维芯片的键合，解决了微流控系统中“微观-宏观接口”的问题，将毫升级别的血浆样本和纳升级别的微液滴操作集成在一体化的卡盒式芯片中，实现了基于磁珠的ctDNA提取与ddPCR的全集成。

作者介绍

清华大学医学院博士研究生耿智为该论文的第一作者，医学院刘鹏研究员为该论文的通讯作者。

论文链接：

http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c00818