近日，追光生物团队参与的一项数字微流控研究取得新进展。研究团队借助数字微流控（Digital Microfluidics，DMF）技术，仅使用约6 μL样本，在40分钟内完成蛋白与DNA两类分子标志物的联合检测，为复杂生化检测的微型化与自动化提供了新的技术路径。
相关成果以“Integrated Antigen–DNA Co-Detection Using Digital Microfluidics for Improving Diagnostic Accuracy in POCT Analysis”为题，发表于国际知名化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。该研究由北京理工大学、南方科技大学、四川大学华西医院等单位合作完成。
追光生物为研究中的数字微流控系统提供硬件支持，相关贡献获得论文致谢。
研究成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》
一、从单一检测到双模态分析：蛋白与DNA联合检测提升准确性
蛋白与核酸提供着不同维度的分子信息。 在疾病检测中，蛋白标志物能够反映特定抗原的存在及表达情况，核酸检测则提供病原体遗传物质相关信息。两类指标相互补充，有助于减少单一检测可能存在的信息盲区。
以乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus，HBV）检测为例，乙型肝炎表面抗原（Hepatitis B surface antigen，HBsAg）与HBV DNA的检测结果并非始终一致。部分隐匿性HBV感染者可能表现为HBsAg阴性、HBV DNA阳性，仅依赖抗原检测便可能遗漏感染信号。
将蛋白与核酸纳入同一检测流程，不只是增加检测指标，更是通过两类分子信息互补，为复杂样本提供更充分的判断依据。
然而，蛋白与核酸检测涉及不同的试剂体系、反应条件及实验步骤。如何在有限样本量下，将两类检测集成至同一芯片，是实现自动化双模态分析的重要挑战。
针对这一问题，研究团队构建了基于数字微流控的双模式分子检测方法（DMF-based dual-mode molecular assay，DOMA），将蛋白与核酸检测整合至同一芯片，在统一工作流中完成两类分子信息的分析。
研究团队基于数字微流控构建的自动化双模式检测系统，实现微量样本中蛋白与核酸的集成分析。来源：论文Figure 1B
双模态检测的价值，在临床样本分析中得到了进一步验证。
在56份临床血清样本的研究中，蛋白与DNA联合检测的准确率达到98.2%，高于单独HBsAg检测的87.5%和单独HBV DNA检测的69.6%。
值得注意的是，这项研究并非单纯依靠追求极高的单项检测灵敏度来改善结果，而是在适中的分析灵敏度条件下，通过蛋白与核酸信息互补，减少单一标志物检测的遗漏，为识别隐匿性HBV感染等复杂情况提供更多依据。
在56份临床样本的研究中，联合检测减少了单独HBsAg检测出现的假阴性结果。数据来源：论文Figure 5
更完整的检测信息，并不一定意味着更多的样本消耗和更长的检测时间。
借助数字微流控技术，研究团队仅使用约6 μL样本，便在40分钟内完成蛋白与DNA的集成检测。相比传统分开实施的分析流程，该方法显著减少了样本消耗与检测耗时，为即时检测（Point-of-Care Testing，POCT）提供了更高效的技术选择。
从同一芯片上的双模态集成，到适中灵敏度下的准确性提升，再到微量样本与检测效率的优化，这项研究不仅证明了蛋白与核酸联合分析的价值，也展示了数字微流控支撑复杂检测流程集成与自动化的能力。
二、数字微流控赋能：微量操作与多步骤检测流程自动化
将蛋白与核酸检测整合到同一芯片，并不只是把两种检测方法简单叠加。不同反应涉及各自的试剂体系、温度条件和液体处理步骤，如何让它们在有限空间内有序衔接，是实现双模态检测的关键。
数字微流控（DMF）技术，为这一复杂流程的集成与自动化提供了重要支撑。
不同于依赖固定微通道输送连续液流的传统微流控方式，数字微流控通过电极阵列对离散液滴进行程序化操控，实现液滴移动、合并、分裂等操作，使微量液体能够按照预设路径和顺序参与实验。
在此次研究中，数字微流控主要发挥了三方面作用：
1.微量液滴操控，让样本得到更充分的利用。
数字微流控能够在微升级液体尺度上完成试剂混合、液滴转移与分配等操作。研究团队通过对微量样本的有序处理，将有限的样本分配至不同检测路径，在减少样本消耗的同时获取蛋白与核酸两类信息。
2.多模块协同，让复杂操作自动衔接。
研究系统将可编程液滴操控与磁分离、温度调控及信号采集等功能相结合，使目标分子分离、液体转移、反应处理和结果读取等步骤能够在统一工作流中完成，减少对人工重复操作和多设备转移的依赖。
3.多流程集成，让不同检测在同一芯片中协同。
针对蛋白与核酸不同的检测需求，研究团队通过磁分离将两类目标分子导向各自的分析路径，并利用液滴分裂等操作开展后续检测。例如，核酸洗脱液可被分成不同液滴，分别进行HBV B型和C型基因型分析，体现了数字微流控在多步骤、多反应流程组织方面的灵活性。
数字微流控通过可编程液滴操控及配套模块，将不同分子检测步骤整合至统一工作流。来源：论文Figure 4C。
这项研究展示的，不仅是数字微流控能够完成哪些液体操作，更是它如何成为复杂实验流程自动化执行的技术基础。
围绕数字微流控这一技术方向，追光生物推出了DropletBot®数字微流控平台，为科研人员提供灵活、可编程的微量液体操控工具。
追光生物DropletBot®数字微流控平台
DropletBot® 系列覆盖从教学演示到荧光定量分析的不同层次：支持液滴移动、合并、分裂等操作，具备芯片自动进出仓、磁控全芯片覆盖、实时荧光采集、明场液滴观测、温度控制等功能，支持实验编程、自动化控制与实验记录。研究者可以基于 DropletBot® 平台，自主开发适合自身课题的微量液体处理与多步骤生化分析流程。
追光生物DropletBot®数字微流控平台，通过可编程液滴操控，为微量生化实验及自动化流程开发提供技术支持。
从控制一颗液滴，到组织一套实验流程，数字微流控的价值正在从基础液体操控，延伸至复杂生化实验的自动化与集成化。
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追光生物DropletBot®可实现芯片自动进出仓和实时定量单点荧光采集
三、DropletBot®数字微流控平台：支持多场景生化分析与实验方法开发
此次研究不仅展示了蛋白与核酸联合检测在乙肝诊断中的价值，还将这一技术架构拓展至食品安全领域，进一步验证了数字微流控平台的通用性。
在食品安全检测中，数字微流控同样展现出多维度的分析能力。研究团队将平台应用于加标牛奶样本，实现了金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）及其分泌的肠毒素A（SEA）的同步检测。仅检测毒素蛋白，无法判断活菌是否存在；仅检测细菌核酸，又无法区分毒素是否已经产生。通过数字微流控将两类信息整合，研究者可以同时评估 "毒素污染风险" 与 "活菌感染状态"，为食品安全风险评估提供更完整的依据。
从疾病相关标志物分析，到食品安全检测，不同实验的研究目标和反应体系虽然各异，但都涉及微量液体处理、多试剂操作，以及多个实验步骤之间的协同。
这体现了数字微流控作为通用实验技术平台的价值：通过可编程液滴操控，将分散的液体处理操作转化为可按程序执行的实验流程，为不同生化实验提供更加灵活的自动化实现方式。
沿着可编程液滴操控的思路，数字微流控的应用场景还可以延伸至更广泛的研究领域。
在临床即时检测方向，除了蛋白与核酸的联合分析，数字微流控还可支撑多重标志物并行检测、病原体基因分型、耐药基因突变筛查等复杂实验流程。研究中通过不同 crRNA 设计实现 HBV B/C 基因型区分，就是一个典型案例 —— 通过液滴分配将同一样本导向不同的检测通道，即可在一次反应中获得多维度的遗传信息。
在生物样本前处理方向，样本裂解、核酸提取、磁珠富集、试剂稀释等传统手工步骤，都可以通过程序化液滴操控实现自动化。研究中 6 μL 样本完成从进样到出结果的全流程，正是依托磁分离模块与温控模块的协同 —— 这一能力同样适用于各类微量样本的自动化前处理。
在化学反应与材料合成方向，数字微流控可以精准控制微升级液滴的尺寸、混合比例与反应温度，为微尺度化学反应、乳液生成、纳米颗粒合成等研究提供灵活的实验平台。通过电极阵列的可编程路径，研究者可以便捷地设计不同的反应条件组合，实现高通量的条件筛选。
在教学与科研创新方向，数字微流控平台降低了微流控技术的使用门槛 —— 研究者无需精通微流控芯片设计与加工，即可通过可视化操作界面，将精力聚焦于实验方法本身的创新。
让微量液体操作更加灵活，让复杂实验流程更易于自动化实现。
追光生物将持续推进数字微流控技术与科研应用相结合，为研究人员提供灵活的实验工具与技术支持。如果您的研究涉及微量液体处理、多步骤生化反应或实验流程自动化，欢迎公众号后台留言或邮件sales@optoseeker.com，与我们共同探讨适合的实验应用方案。
参考文献
Chai, F., Li, F., Zhang, J., et al. Integrated Antigen–DNA Co-Detection Using Digital Microfluidics for Improving Diagnostic Accuracy in POCT Analysis. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e7437306.
粤公网安备44030002004557号
