通讯作者：Yoon-Kyoung Cho
通讯单位：国立科学技术学院(UNIST)
开发可靠、廉价和快速的诊断工具对于控制和预防传染病的传播至关重要。这些诊断工具对于2019年冠状病毒病(COVID-19)诊断的商业试剂盒中检测病毒中发挥了至关重要的作用。目前，大多数传染病的标准体外诊断(IVD)耗时、并且需要复杂的实验室设备和经过专门培训的人员。生物传感器技术的最新进展表明：即时(POC)诊断可在短时间内提供准确的结果。理想型的“sample-in-answer-out”型完全集成的POC感染诊断平台应具有自主性或易于操作性、无设备或独立于基础设施、高通量或易于升级的特点。近日，韩国蔚山国立科学技术学院(UNIST)Yoon-Kyoung Cho院士团队以“Lab-on-a-Disc for Point-of-Care Infection Diagnostics”为题在国际著名期刊Accounts of Chemical Research系统的介绍了自己课题组及其他人在开发离心微流体设备或“光盘实验室”(LOAD)系统方面取得的最新进展。与传统的基于泵的流体驱动不同，通过旋转圆盘产生的离心力会引起液体泵送，并且不需要外部流体互连。允许将生物测定的多个步骤所需的总流体网络集成到光盘上，从而实现全自动POC诊断。该方法已被证明可用于包括用于个性化癌症管理的液体活检、食品应用和环境监测等反面。该综述专注于传染病的IVD，主要从几下几个方面总结：要点1. 介绍各种光盘上单元操作技术，包括试剂储存、沉淀、过滤、阀门、倾析、等分、混合、分离、连续稀释、洗涤和校准。这种离心微流体技术可用于自动化IVD的微全分析系统，从病原体的分子检测到使用全血或唾液等原始样本的多重酶联免疫吸附测定(ELISA)。要点2. 详细讨论了用于分子诊断的LOAD系统的一些最新示例，其中将分析的一些或所有步骤集成在一个圆盘上，包括病原体富集、核酸提取、扩增和检测。推出了灵敏度更高的全自动ELISA系统。要点3. 展示了一种受玩具启发的指尖陀螺仪，可以对来自具有尿路感染症状的患者的未稀释尿液样本中的病原体进行无电和快速的分析，以及用于极端POC诊断应用的表型抗菌药敏试验。要点4. 利用生物传感技术、分子生物学、纳米材料、分析化学、小型化、系统集成和数据管理方面的最新进展，LOAD系统具有的POC感染诊断工具的潜力，在时间、准确性方面具有前所未有的性能。系统介绍了用于POC感染诊断的LOAD系统的新见解和承诺能够激发新想法并激发进一步的研究和开发，为当前和未来的流行病创建更好的医疗保健系统。要点5. 讨论了现实世界环境中快速和广泛适应的当前局限性和未来方向。
1. Michael, I.; Kim, D.; Gulenko, O.;Kumar, S.; Kumar, S.; Clara, J.; Ki, D. Y.; Park, J.; Jeong, H. Y.; Kim, T. S.;Kwon, S.; Cho, Y. K. A Fidget Spinner for the Point-of-Care Diagnosis ofUrinary Tract Infection. Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 591-600.
设计的指尖旋转器可以将未经稀释的尿液样本中的病原体快速富集100倍以上，用于细菌载量的芯片上比色检测、病原体鉴定和抗菌药敏试验。
2. Cho, Y. K.; Lee, J. G.; Park, J. M.;Lee, B. S.; Lee, Y.; Ko, C. One-Step Pathogen Specific DNA Extraction fromWhole Blood on a Centrifugal Microfluidic Device. Lab Chip 2007, 7, 565-573.
配备激光辐照铁蜡微阀的“光盘实验室”能够在12分钟内从掺有乙型肝炎病毒(HBV)或大肠杆菌的全血中全自动提取病原体特异性DNA。
3. Kim, T. H.; Park, J.; Kim, C. J.;Cho, Y. K. Fully Integrated Lab-On-a-Disc for Nucleic Acid Analysis ofFood-borne Pathogens. Anal. Chem. 2014, 86, 3841-3848.
通过使用“光盘实验室”进行DNA提取、等温重组酶聚合酶扩增(RPA)和全自动检测，在30分钟内对牛奶样品中的沙门氏菌进行了快速、高灵敏度的分子分析。
4. Park, J.; Sunkara, V.; Kim, T. H.;Hwang, H.; Cho, Y. K. Lab-On-a-Disc for Fully Integrated MultiplexImmunoassays. Anal. Chem. 2012, 84, 2133-2140.
“光盘实验室”实现了对全血或唾液原始样本中C-反应蛋白(hsCRP)、心肌肌钙蛋白I(cTnI)和N末端pro-B型利钠肽(NT-proBNP)等心血管疾病标志物的多重检测用于在20分钟内以全自动方式基于珠子的ELISA。
参考文献：
Vijaya Sunkara, SumitKumar, Jonathan Sabaté del Río, Insu Kim, Yoon-Kyoung Cho, Lab-on-a-Disc for Point-of-Care Infection Diagnostics, Acc. Chem. Res. 2021, https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00367Yoon-Kyoung Cho教授，韩国基础科学研究所(IBS)软物质与生命物质中心组长、韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)生物医学工程教授。Yoon-Kyoung Cho于1999年在伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校获得材料科学与工程博士学位，分别于1994年和1992年在浦项科技大学获得化学工程硕士学位和学士学位。1999-2008年在三星高等技术研究院(SAIT)担任高级研究员，2008年加入UNIST，目前是UNIST生物医学工程正教授，CSLM-IBS组长，韩国国家工程院院士(NAEK)。她的研究兴趣范围从基础科学到微流体和纳米医学的转化研究。目前是Lab Chip副编辑(2019-Present)，Analyst编委(2012-Present)，Micromachines编委(2015-Present)课题组网页：https://www.fruits-unist.com/
