用于可扩展多重现场核酸检测的垂直流可撕纸带卷

随处更快的实验室检测

要获得像 HIV 或肝炎等感染的准确实验室检测结果，通常需要将血样送到设备齐全的医院并等待数天。本论文描述了一种低成本、口袋大小的系统，能将此类检测转变为在现场通过近乎一步完成的简单操作，使用的装置外观和使用方式有点像一卷胶带。目标是把精确的 DNA 和 RNA 检测带到诊所、救护车以及没有可靠电力或先进实验室的偏远村庄。

一种新型试纸条

该发明的核心是“垂直流纸带”(VFPT) 设备。不同于液体沿印刷路径横向渗移的常见试纸，这一设计将小型圆形纸垫和薄膜垂直叠层，然后将许多这样的单元卷成带状。每个检测单元包含四个关键垫：一个截留多余血细胞和杂质的垫、一个捕获如病毒 DNA 或 RNA 等遗传物质的垫、若干作为反应室的垫，以及一个吸收废液的垫。护理人员只需从卷上撕下一小段，沿预设折线折叠，就得到了针对单个病人的一次性完整检测装置。

让重力来完成工作

传统纸基检测依赖横向流动。这种横向运动容易造成分子扩散、在边缘处聚集，并限制可同时检测的目标数量。VFPT 则采用垂直流：样本从上方滴入，重力将其直接向下拉过叠层垫。作者通过数学建模和实验表明，这种垂直方式使液体流动速度提高数倍，并能将分子更远且更均匀地带过层间。它减少了分子随机吸附、防止环状沉积，并几乎使不同类型分子在叠层中传播的距离翻倍，从而提升了灵敏度和可靠性。

从一滴血到遗传学答案

为了将纸带变成完整的检测系统，研究团队将其与一个小型电池供电的盒子和智能手机配合使用。首先，将血液与一种简单化学溶液混合后加入折叠好的 VFPT。顶部滤垫阻挡细胞和杂质，而下方的捕获垫则保留释放出的遗传物质。废液继续向下到达底部垫。在简短的清洗步骤后，将捕获垫翻转，使储存的 DNA 或 RNA 被冲洗到多个检测垫中，每个检测垫针对不同的目标——例如 HIV、乙型肝炎、丙型肝炎以及内部对照。这些垫随后被按压到便携盒上，盒子对它们温和加热并照射紫外光以驱动在恒定温度下进行的 DNA 复制反应。

用光读取结果

所用的 DNA 复制方法称为等温扩增，它在存在目标时会产生大量双链遗传物质。反应中的荧光染料会随着更多 DNA 的产生而发光更强。系统不使用昂贵的实验室仪器来读取这种荧光，而是依赖配有简单应用的智能手机相机。手机通过光学滤镜拍摄发光点，应用将亮度转换为一个数字，该数值反映原始样本中的病毒量。在广泛的浓度范围内，这一亮度与标准实验室 PCR 检测的数值紧密对应。

现实表现与潜力

在超过 200 份来自真实患者血浆样本（涵盖 HIV、乙型肝炎和丙型肝炎）的测试中，VFPT 平台能检测到每毫升仅数百拷贝的病毒量——与许多临床方法相当，明显优于常见的纸条检测。与医院 PCR 结果直接比较时，三种感染的灵敏度和特异性均超过约 90%。由于基于纸带的器件每个成本约为一角美分，可通过卷对卷制造大规模生产，并能由小型可充电电池和智能手机供电，该系统非常适合预算紧张的诊所、流动筛查项目以及需要快速、可靠结果以指导救治的疫情现场。

引用: Shi, S., Wang, Z., Yao, Y. et al. Vertical-flow tearable paper-tape rolls for scalable multiplexed point-of-care nucleic acid testing. Microsyst Nanoeng 12, 120 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01172-w

关键词: 床边诊断, 纸基微流控, 垂直流检测, 核酸检测, HIV HBV HCV 检测