日本豐橋工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊成功開發(fā)出可快速檢測出作物疾病的微流控芯片，通過基因體研究、半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合，可以快速在現(xiàn)場進(jìn)行核酸測試，無須昂貴的設(shè)備資源和專業(yè)的知識技術(shù)，造福農(nóng)民并且可以從栽植初期進(jìn)行遺傳檢測。

隨著世界人口快速增長，對食物供給的需求也在不斷增加，但由于氣候變遷的加劇所造成糧食產(chǎn)量下降的情況，已讓糧食安全和永續(xù)供應(yīng)成為全人類必須共同面臨的重要課題。

    日本豐橋工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系的研究小組運(yùn)用微流控芯片技術(shù)開發(fā)出一種能提早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防作物疾病的多重基因檢測設(shè)備，這項研究的主要目的是研發(fā)一種診斷技術(shù)，用來支持高效率且穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物生產(chǎn)，讓即便是沒有特殊專業(yè)知識、技能的一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，也能從基因的角度，用輕松、快速的方式在現(xiàn)場即時檢測植物病蟲害。新型恒溫核酸擴(kuò)增技術(shù)（Loop-mediated isothermal amplification，LAMP）是檢測目標(biāo)核酸（DNA或RAN）的常用診斷方法之一，無需使用昂貴儀器和精準(zhǔn)的溫度控制進(jìn)行PCR分析，在恒定溫度下即可擴(kuò)增目標(biāo)基因，因此其在研發(fā)方便使用的檢測工具和即時現(xiàn)場診斷方面皆具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢话愕腖AMP測定法的使用需要專門的知識和技能，而且對于每種目標(biāo)病毒，皆必須分別準(zhǔn)備大量的樣品試劑混合物才能進(jìn)行操作測試，故在運(yùn)用上有一定的難度。

聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）是擴(kuò)增特定核酸（DNA / RNA）靶標(biāo)的最廣泛使用的方法，特別是在生物科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)中，由于其具有高靈敏度，準(zhǔn)確性和可靠性的優(yōu)點。實時PCR，也稱為定量PCR（qPCR），是最靈敏，最可靠的方法，可以在很寬的動態(tài)范圍內(nèi)實時檢測和精確定量微量的目標(biāo)DNA序列。而且，多重PCR允許在單個管中同時擴(kuò)增不同的靶DNA序列。但是，為了避免錯誤的擴(kuò)增和引物二聚化，需要針對每個靶序列仔細(xì)優(yōu)化PCR反應(yīng)。此外，數(shù)字PCR（dPCR）的最新問世提供了核酸靶DNA序列的高精度和絕對定量，而無需與標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比較。因此，PCR也已成為用于檢測和植物病毒[識別不可缺少的工具。

作為另一種基于核酸序列的擴(kuò)增方法中，環(huán)介導(dǎo)等溫擴(kuò)增（LAMP）已經(jīng)開發(fā)。在LAMP方法中，通過使用一組四到六個經(jīng)過特殊設(shè)計的LAMP引物，可以在30-60分鐘內(nèi)將目標(biāo)DNA的幾個拷貝擴(kuò)增約10 9次。其中包括兩個內(nèi)部引物，即FIP和BIP。兩個外部引物F3和B3；在某些情況下，還需要一兩個環(huán)引物L(fēng)F和LB 。一般而言，該技術(shù)已顯示出比常規(guī)PCR更為靈敏，但不如qPCR靈敏。同時，核酸的擴(kuò)增可在等溫條件（60–65°C）下進(jìn)行，僅需簡單的熱水浴即可，無需昂貴的儀器（例如，熱循環(huán)儀）即可在PCR中進(jìn)行精確的溫度控制和快速的熱循環(huán)。因此，LAMP方法具有巨大的潛力，可提供一種經(jīng)濟(jì)高效且易于使用的診斷工具，并且只需很少的設(shè)備即可進(jìn)行現(xiàn)場診斷。考慮到這一點，我們認(rèn)為將LAMP集成到我們的微流診斷設(shè)備中比使用PCR更合適，以便無需技術(shù)專業(yè)知識即可進(jìn)行現(xiàn)場診斷測試。

為此，研究團(tuán)隊開發(fā)出運(yùn)用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）制造，約手掌大小的微流控芯片，裝置由五個反應(yīng)腔室和一個微流控通道組成并相互連接，期望通過半導(dǎo)體制程技術(shù)對植物相關(guān)疾病多重遺傳檢測做出貢獻(xiàn)。關(guān)于其檢測操作流程，第一步是從患病黃瓜葉中萃取出含有目標(biāo)病毒的RNA，并以此作為試驗樣品，將樣品和反應(yīng)試劑混合置入檢測芯片的樣品投入口，樣品和試劑會自動混合并分配到多個反應(yīng)腔室中，以上動作僅需一次操作即可完成，再次將其放在熱水中加熱，即可在1小時內(nèi)專一擴(kuò)增目標(biāo)核酸，進(jìn)行快速檢測。而該芯片具有能同時檢測多達(dá)四種不同類型植物病毒疾病的能力。

這個檢測設(shè)備的用途相當(dāng)廣泛，不僅可以用于農(nóng)作物病毒疾病的遺傳檢測，還可以應(yīng)用于橫跨農(nóng)業(yè)、畜牧、漁業(yè)、食品工業(yè)以及健康醫(yī)療，包括人類傳染疾病在內(nèi)的各領(lǐng)域的遺傳診斷。研究團(tuán)隊表示未來還計劃進(jìn)一步開發(fā)能夠同時診斷四種不同黃瓜病毒加上四種害蟲所引起的共八種植物相關(guān)疾病的即時檢測設(shè)備，不僅如此，它還可以自由改變檢測設(shè)備上的目標(biāo)病毒，以滿足不同需求。

論文鏈接：https://doi.org/10.3390/mi11060540