癌症早期检测对于改善临床结果至关重要，DNA 甲基化生物标志物在癌症早期检测中具有潜力，但传统检测方法需要专业人员和设备，限制了在资源受限地区的应用。期刊ACS Nano在 2024 年第 18 卷第 19 期在线发表《Cancer Methylation Biomarker Detection in an Automated, Portable, Multichannel Magnetofluidic Platform》为题的研究论文，披露了一种癌症筛查装置ACCESS。这是一个小巧便携式、多通道、自动化的平台，可进行液滴磁流体和甲基化特异性 qPCR 检测。自动盒式癌症早期筛查系统（ACCESS）融合了多种技术，实现对癌症甲基化生物标志物的高效检测 ，以下是其构建和工作原理的介绍：

ACCESS 系统的构建

1. 微流控芯片

• 结构设计： 微流控芯片是系统的核心组件之一，其设计精密，集成了多个微通道和反应室。这些微通道和反应室布局经过精心规划，以确保样品和试剂能够按照预定路径流动和反应。例如，不同功能区域通过微通道相连，实现样品从进样口到各个处理和检测单元的有序输送。

• 材料选择：通常采用生物相容性良好的材料制作，如聚二甲基硅氧烷（PDMS） 或其他高分子聚合物。这些材料不仅对生物样品无毒性，还具备良好的光学透明性，便于后续的检测步骤中对反应进行观察和分析。

2. 磁场发生装置

• 磁体布局：围绕微流控芯片设置特定排列的磁体，产生可控的磁场。这些磁体的位置和强度经过精确设计，以实现对磁流体（如结合了目标生物标志物的磁珠）的精准操控。例如，在样品处理阶段，通过调整磁场强度和方向，使磁珠在微通道中按照设定路线移动，实现与其他成分的分离或混合。

• 磁场控制：配备磁场调节系统，能够根据不同检测需求，精确调整磁场参数。该系统可以实现磁场强度的连续变化以及磁场方向的切换，从而满足从磁珠捕获到分离等一系列操作的要求。

3. 流体驱动系统

• 泵与阀门： 采用微型泵和微阀门来精确控制流体在微流控芯片中的流动。微型泵负责产生动力，推动样品、试剂以及缓冲液等液体在微通道中移动。例如，注射泵能够精确控制液体的流速和流量，确保反应体系中各成分的准确配比。微阀门则起到开关和分流的作用，可根据程序控制液体的流向，引导其进入不同的反应室或微通道分支。

• 自动化控制：流体驱动系统与控制系统相连，实现自动化操作。通过预设的程序，系统可以按照特定的时间顺序和流速要求，精确控制各个微型泵和微阀门的工作状态，从而完成复杂的样品处理流程，如多次洗涤、混合等步骤。

4. 检测系统

• 荧光检测模块： 基于荧光定量 PCR 原理，检测系统配备高灵敏度的荧光检测模块。该模块能够实时监测 PCR 反应过程中荧光信号的变化。例如，在 PCR 扩增过程中，与目标甲基化 DNA 序列特异性结合的荧光探针会释放荧光信号，荧光检测模块通过检测荧光强度的变化，实时反映 DNA 的扩增情况。

• 数据处理单元：连接荧光检测模块，负责收集、分析和处理检测到的荧光信号数据。数据处理单元内置专业算法，能够将荧光信号强度转换为目标甲基化生物标志物的定量信息，并生成直观的检测报告，显示检测结果。

ACCESS 系统的工作流程

1. 样品准备与进样

• 样品采集与预处理：从患者获取生物样品（如血液、组织等）后，经过初步处理提取出 DNA。将提取的 DNA 样品与含有磁珠的溶液混合，这些磁珠表面修饰有能够特异性结合甲基化 DNA 的分子探针。

• 进样操作：通过微流控芯片的进样口，将混合好的样品注入系统。流体驱动系统推动样品进入微流控芯片的特定通道，开始后续处理流程。

2. 磁珠捕获与分离

• 磁珠结合：在微流控芯片的反应区域内，溶液中的甲基化 DNA 与磁珠表面的探针特异性结合。由于磁珠具有磁性，在磁场发生装置产生的磁场作用下，结合了甲基化 DNA 的磁珠开始向特定方向移动。

• 分离纯化：通过调整磁场强度和流体流动，将结合有甲基化 DNA 的磁珠与其他杂质分离。例如，未结合的 DNA、蛋白质等杂质随着流体继续流动，而磁珠则被磁场固定在特定位置，然后通过多次洗涤步骤，去除杂质，得到纯化的甲基化 DNA - 磁珠复合物。

3. 洗脱与 PCR 反应

• DNA 洗脱：使用特定的洗脱液将甲基化 DNA 从磁珠上洗脱下来，得到纯净的甲基化 DNA 溶液。洗脱后的 DNA 溶液被输送至含有 PCR 反应试剂的反应室。

• PCR 扩增：在反应室内，甲基化 DNA 与 PCR 反应试剂（包括引物、dNTP、聚合酶等）混合，进行荧光定量 PCR 反应。PCR 反应在热循环条件下进行，使甲基化 DNA 不断扩增。随着扩增的进行，与目标序列结合的荧光探针会释放荧光信号。

4. 检测与结果分析

• 荧光信号检测：检测系统中的荧光检测模块实时监测 PCR 反应过程中的荧光信号强度变化。随着甲基化 DNA 的扩增，荧光信号强度逐渐增强，检测模块将这些信号实时采集并传输给数据处理单元。

• 结果生成：数据处理单元根据荧光信号的变化情况，利用预设算法计算出样品中甲基化生物标志物的含量，并生成检测报告。报告可以直观地显示检测结果，如甲基化 DNA 的拷贝数或相对含量，帮助医生判断患者是否存在癌症相关的甲基化异常。

创新点

• 技术集成与便携性：将磁流体技术、微流控技术和荧光定量 PCR 技术有机结合，实现了 DNA 甲基化生物标志物的自动化、高通量检测。同时，该平台具有紧凑、便携的特点，可在资源有限的地区或现场进行快速检测。

• 多通道检测：具备多通道检测功能，可同时对多个甲基化生物标志物进行检测，能够实现对癌症的多靶点诊断，提高诊断的准确性和可靠性。

• 临床应用潜力：研究聚焦于食管癌，通过对食管癌甲基化生物标志物的成功检测，展示了该平台在食管癌早期检测中的潜力，为食管癌的早期诊断和治疗提供了一种新的方法和工具。

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