导读：

液滴微流体以其微升和更小体积的精确加样及样品处理能力而著称，已成为聚合酶链式反应（PCR）平台微型化的常用方法。该技术可通过微滴PCR（dPCR）准确检测低丰度生物变异。近期，有研究人员开发了一种集成蛇形微混合器的3D打印微流控dPCR系统，通过数值模拟优化了液滴生成、混合与热循环过程，并搭建了低成本荧光检测装置对结果进行定量分析。实验表明，该系统可在25分钟内完成检测，其扩增特异性与准确性与商用qPCR设备相当，为资源有限环境下的快速分子诊断提供了一套完整的解决方案。相关研究以“Rapid and low-cost droplet pcr using a novel microfluidic setup with a numerical study on micromixer effects”为题目，发表在期刊《Sensors and Actuators Reports》上。

本文要点：

1、本研究提出了一种低成本、快速检测的微液滴数字PCR系统。该系统包含3D打印的微流控芯片、PCR温控装置及荧光光学检测模块。

2、芯片集成21个循环，每个循环内置微混合器，首次研究并证实了微混合器可提升PCR效率与特异性。

3、通过数值模拟优化液滴生成与混合性能，并采用低成本相机、二向色镜和LED搭建荧光检测系统，结合Python图像处理分析液滴荧光强度与尺寸分布。

4、经凝胶电泳与商用qPCR对比验证，该系统在25分钟内完成检测，结果准确、特异性高，适用于资源有限环境下的快速分子诊断。

图1. 液滴聚合酶链式反应（dPCR）流程示意图

图2. 模拟验证图

图3. dPCR微流控芯片各部分示意图

图4. 扩增装置示意图

图5. dPCR成像装置示意图

图6. 不同流速比下液滴生成的实验与数值研究：A）6-4、B）7-3、C）8-2、D）9-1（注：流速比中数值分别代表连续相和分散相流速，单位为微升/分钟）；E）液滴直径随流速比的变化；F）液滴生成频率随流速比的变化

图7. 微混合器结构及其对应的混合效率图

图8. 芯片内温度变化图

图9. dPCR测试后收集的液滴图

图10. 凝胶电泳测试图

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snr.2025.100327

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