基于电润湿的数字微流控平台用于自动化酶联免疫吸附测定

实现单个液滴的自动化激活，可将复杂的实验室单元操作序列集成到一个芯片上。我们的数字微流控平台致力于在实地快速特异性检测病毒病原体。该方法基于利用基于电润湿的数字微流控技术结合磁性免疫沉淀，对特异性抗原进行定量检测。

本研究采用含不同浓度细菌、芽孢、病毒和蛋白质的样本对该方法进行评估。该过程完全自动化、可连续操作、可扩展且具有多功能性。可根据特定实验方案的要求，调整操作步骤顺序及液滴体积。

完全绕开基于抗体的检测方法，数字微流控平台有望基于适配体生物传感技术实现潜在应用，其中磁珠携带特异性适配体用于捕获和检测核苷酸序列。首次尝试该技术时，重要的是要考虑表面活性剂的类型及其与所选生物化学体系以及疏水性聚合物涂层之间的相互作用。首先，将磁铁从数字微流控（DMF）平台取下，并放置在实验台上。

将洁净的驱动板放置在旋转台面上，使铬面朝上，并与凹陷台面的左上角对齐。使用带有47个触点针的面板从顶部夹紧驱动板，以固定板片位置并便于与触点针对齐。然后将0.5毫米垫片和2毫米厚的PMMA隔离片依次装到旋转台面上，以在驱动板与盖板之间形成受控的间隙。

为了将液滴加载到指定的加载垫上，使用移液器将运行缓冲液分别取四份2.5 µL的液滴，依次加至标记为B、A、R和E的垫片上，每个垫片加一滴。然后，将2.5 µL的鲁米诺过氧化氢溶液加至标记为E的垫片上。接着，将2.5 µL的辣根过氧化物酶（HRP）偶联链霉亲和素（Neutravidin）生物素化二抗与微珠的混合物，分别取2.5 µL加至标记为F、G和I的垫片上。

最后，取2.5 µL未知样品加入标记为C的垫片上。将盖板放置在装置表面圆形凹槽区域旁，然后横向滑入凹槽并覆盖在驱动板上方。将永磁体置于盖板顶部，并通过滑动两个卡扣将其固定，随后将装置旋转180度，目视检查以确保加载的液滴仍处于原位。

检查每个液滴的加载位置是否与软件中预设的驱动序列一致。将带屏蔽罩的光电探测器插入旋转台的插槽中，并连接电缆。将盖子盖在数字微流控平台上方，然后通过软件界面启动程序序列。

通过电容传感记录液滴位置，随后可在用户界面上观察到。程序序列将提示界面显示相应消息，告知操作者鲁米诺液滴已准备好收集提取的磁珠，或检测液滴已准备好移至检测位点。在这两种情况下，均需操作者确认后方可继续。

化学发光反应产生的光强度由光电探测器读取，并实时记录。为以可视化模式运行以优化实验方案，需通过软件界面启动程序序列。在芯片上可观察到每个关键检测步骤的自动液滴操控过程，例如磁珠的磁性提取、磁珠重悬及混合。

当提示时，将光电探测器屏蔽罐安装到旋转台的狭缝中。通过将插针插入插座来连接光电探测器屏蔽罐的电缆。将盖子盖在 DMF 平台上，并继续进行检测。

通过电容传感监测液滴，并可在用户界面上观察液滴状态。清洁设备时，打开数字微流控平台的盖子，将载物台旋转180度。松开磁体外壳的铰链，从旋转载物台上取下磁体。

用镊子从载片上取下硅片，并用蒸馏水冲洗。然后用压缩空气吹干，并将其放入培养皿中，以便储存和重复使用。使用微量移液器从垫片上移除液体废液，注意不要接触表面，并用吸水纸从驱动板上吸走液体以清洁表面。

为了研究驱动电压的影响，将缓冲液中的液滴在不同驱动电压下进行驱动，并记录其运动情况。结果显示，均方根电压（Vrms）与平均速度之间存在相关性，且当Vrms达到某一数值后，速度趋于稳定。当使用较高的Vrms值时，驱动板的使用寿命降低。

在提取实验室单元操作中，含有悬浮微珠的液滴被驱动至混合区中部的分离位置。随后，磁铁自动启动，靠近芯片并将微珠聚焦。接着，液滴被移向废液垫，留下微珠。

在EWOD芯片上进行的提取和混合实验室单元操作，实现了样本处理的微型化、快速化和可重复性，并可在6至10分钟内连续检测病原体。通过调整孵育时间和偶联物浓度，以寻找检测的最佳条件。结果表明，孵育时间为160秒、偶联物浓度为每毫升2微克时，信噪比最佳。

可根据需要引入自动化程度不同的实验方案变体。八步ELISA法用于检测不同的抗原，如萎缩芽孢杆菌（Bacillus atrophaeus）孢子和MS2噬菌体；而十步法用于定量大肠杆菌（E.coli）。

必须确保所施加的电压、分析物和试剂的浓度均处于最佳条件，以实现液滴的有效激活以及芯片上的成功磁性分离。为获得精确的测量结果，应考虑磁珠的结合能力，可能需要对分析物进行系列稀释。通过更换抗体的类型，即可检测不同于结果部分所报告的其他病原体。

该方法还可应用于生物标志物检测或现场即时诊断。除已提及的应用外，该系统在开发时还特别考虑了对空气中病原体的现场检测。数字微流控（DMF）是此应用的理想平台，因为液滴体积与我们近期开发的其他采样器的输出相匹配。