2023年4月24日，上海交通大学系统生物医学研究院陶生策团队联合中国科学院武汉病毒研究所危宏平团队在国际生物传感领域顶级期刊ACS Sensors（IF=9.618）上在线发表了题为“Rapid and accurate detection of SARS-CoV-2 using an iPad- controlled, high-throughput, portable and multiplex Hive-Chip platform (HiCube)”的研究论文。该团队在系列前期研究的基础上（Shao N, et al. Lab Chip. 2017;17(3):521-529；Hui J, et al. Lab Chip. 2018;18(18):2854-2864；Zhu YS, et al. Anal Chim Acta. 2020;1140:30-40）开发了一个利用iPad控制的蜂巢芯片检测平台，命名为HiCube，它同时集成了高通量（一次反应检测48个样本）、便携式（可放进常规双肩包）和多重检测（并行检测8个指标）的特性，整个反应一键启动，30-60 min内出结果，实现了对新冠病毒的快速和准确检测。
新冠肺炎疫情（COVID-19）自2019年暴发以来，肆虐全球，截至2023年4月19日，确诊病例超过7.6亿，死亡病例高达690多万，快速准确地检测对于控制疫情至关重要。目前核酸检测的基本需求包括：准确、特异、灵敏、快捷及低费用等，进一步，对检测样本通量、便携性和多重性亦有较高要求，而目前荧光PCR及等温芯片等难以同时满足上述进一步要求。
本研究首先对新冠病毒的7个基因进行LAMP引物的设计与筛选，然后将10根毛细管集成到PDMS（聚二甲基硅氧烷）基座上制作蜂巢芯片，每根毛细管内预固定不同基因的LAMP引物，并通过8连管将单个芯片相连。接着利用毛细管的毛细现象，采用8连管的方式实现快速自动进样，并进行密封，然后放到HiCube检测仪中进行实时荧光检测，灵敏度可达1 copies/μL。
图1 蜂巢芯片及配套仪器HiCube的设计
通过对100例新冠病毒实际样本（包括24 例高浓度样本（20< Ct < 26）, 35 例中浓度样本（26< Ct < 31）, 31例低浓度样本（31< Ct < 40）和10例阴性样本（Ct > 40））的检测，证明了HiCube的实用性。又通过对其他6种呼吸道病毒样本的分析，证明了HiCube的特异性。此外，HiCube还具有良好的通用性和拓展性，只需替换芯片中的引物即可实现对任意靶标的检测，并且后续开发的方形芯片还可扩展到并行检测14个指标。该平台既可以在实验室场景下使用，也可适用于室外进行现场即时检测（POCT）。
图2 HiCube用于新冠病毒快速核酸检测的工作流程
本文的共同第一作者为上海交通大学朱元首博士和中科院武汉病毒研究所Nelson Odiwuor博士生，沙子淦博士生也参与了部分工作，共同通讯作者为上海交通大学陶生策研究员和中科院武汉病毒研究所危宏平研究员。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00031
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