数字PCR振动微滴技术发明人杜文斌教授首次技术揭秘 数字PCR一体机缘何受业界追捧

近日，数字PCR振动微滴技术发明人中国科学院微生物研究所杜文斌教授在国际分析化学主流期刊Analytical Chemistry发表了题为“OsciDrop: A versatile deterministic droplet generator”的期刊内封面文章，首次向公众揭示了振动微滴技术（OsciDrop）的力学模型和多重体积数字PCR研究成果。数字PCR作为当下最灵敏的核酸检测技术，在分子诊断领域备受瞩目。

振动微滴技术是杜文斌教授原创的、拥有自主知识产权的数字PCR微滴生成技术路线，具有以下三大优势：①可靠性：创新不对称振动技术，实现基于高韦伯数的微滴生成新机制，液滴体积控制更精准；②低成本：采用低成本注塑加样吸头，免除昂贵芯片耗材，显著降低液滴制备成本；③自动化：以自动化代替手动操作，一体化的使用体验满足客户便捷操作需求。

图1. 振动微滴多重体积数字PCR登上美国化学会Analytical Chemistry期刊内封面

在芯片法液滴微流控技术中，毛细管数（Capillary number, Ca, 粘滞阻力和界面张力之比）是影响微液滴生成的决定性动力学常数。芯片液滴微流控系统遵循界面张力占据主要地位的低毛细管数液滴生成规律，因此液滴生成常受限于体系的粘度或表面张力。与此不同，振动微滴技术巧妙地利用高频不对称振动，将加样吸头中排出的样本液体在油相中切割为均一的皮升至纳升体积的微滴。通过力学模型分析发现，振动微滴法生成液滴时，韦伯数（Webers number, We, 惯性力和表面张力之比）的贡献比毛细管数高两个数量级以上。因此，振动微滴技术是一种依托于全新的韦伯数主导的可控液滴生成机制。

数字PCR的定量范围受微滴数量限制，定量范围的提高往往以成倍增加液滴数和读取时间为代价；检测动态范围低于荧光定量PCR，限制了数字PCR在病毒载量检测等领域应用的普适性。在上述力学模型基础上，杜文斌教授利用优化的微滴生成条件，实现了200皮升到2微升横跨5个数量级的微滴的制备（图2），人基因组DNA检测的线性范围横跨6个数量级（图3）。值得一提的是，本方法仅用注塑加样吸头即可灵活实现微滴体积控制，不需要使用微加工芯片耗材，极大的降低了数字PCR的使用成本。

图2. 振动微滴技术实现皮升至微升微滴的可控生成

图3. 多重体积数字PCR实现跨6个数量级线性检测范围

北京达微生物科技有限公司（以下简称“达微生物”）作为本研究独家合作企业，提供了多重体积数字PCR检测系统和配套试剂耗材。达微生物致力于为临床和科研用户提供便捷、高性价比的微流控产品。2021年我国疫情防控进入常态化，各地疾控中心和出入境检验检疫领域对数字PCR检测的需求显著上升。2021年12月，达微生物全自动一体式数字PCR仪成功中标上海海关口岸门诊部的数字PCR一体机采购项目（图4）。数字PCR的技术特点是高灵敏度和绝对定量。这两大优势，可以更好的解决境外中高风险区入境者隔离期满复阳、如何早期发现低病毒载量的无症状感染者等困扰海关口岸的问题。

据了解，达微生物基于振动微滴技术推出的全自动一体式数字PCR仪，在国产数字PCR一体机市场中销量遥遥领先，有效解决了现有市售其他品牌数字PCR仪使用繁琐、依赖人工等的问题。针对分子诊断的快速发展，团队将继续深耕微流控领域，持续产品创新，为中国乃至全球体外诊断做出贡献！

图4：达微生物全自动一体式数字PCR仪

关于达微生物

达微生物是一家由留学归国人员创立的、以微流控技术驱动的体外诊断高科技创新企业。公司入选中关村高新技术企业、海淀区胚芽企业，荣膺中关村国际前沿大赛医疗器械领域前三甲，并获“北京市新技术新产品认证”。依托微流控核心技术的长期积累，达微生物致力于创新型生命科学仪器、医疗仪器和试剂的自主研发和推广，为精准医疗、生命科学研究等提供下一代自动化、精准化、高通量的解决方案。