该研究由多伦多大学化学系及Donnelly细胞与生物分子研究中心的Alphonsus H. C. Ng、Ryan Fobel等20余位作者共同完成，发表于2018年4月25日的《Science Translational Medicine》期刊（卷10，期438，文章号eaar6076）。研究团队还包括美国疾病控制与预防中心（CDC）、肯尼亚医学研究所（KEMRI）等国际机构的合作者。
学术背景
该研究属于数字微流控（Digital Microfluidics, DMF）技术与传染病血清学检测的交叉领域。全球范围内，麻疹和风疹等疫苗可预防疾病（VPDs）仍在脆弱人群中流行，尤其在难民营等偏远地区，传统血清学检测面临实验室基础设施不足、冷链运输困难等挑战。世界卫生组织（WHO）强调需开发快速、低成本的现场检测工具以评估群体免疫水平。本研究旨在开发一种基于DMF技术的便携式系统（MR Box），通过指尖血样实现麻疹和风疹免疫球蛋白G（IgG）抗体的即时检测（Point-of-Care, POC），填补远程血清学监测的技术空白。
研究流程
1. DMF芯片与MR Box仪器开发
- 芯片设计：采用喷墨打印技术制备低成本银电极芯片（单价6美元），集成磁颗粒分离区与检测区。芯片通过两层质量控制（QC-1检测电极完整性，QC-2评估液滴移动性能）确保可靠性。
- 仪器优化：MR Box（25×20×28 cm，重4 kg）整合开源控制软件（Dropbot 3.0）、旋转磁透镜（用于磁颗粒分离）、光电倍增管（PMT，化学发光检测）及环境传感器。其创新点包括：
- 集成高压放大器与信号发生器，简化电路设计
- 伺服电机驱动的磁透镜实现高效颗粒分离
- 开源DStat电位仪精确控制PMT信号
- 软件支持多样本并行操作与用户协议编辑
2. 麻疹/风疹IgG检测方法建立
- 试剂配方：自主开发与DMF兼容的试剂，包括麻疹病毒抗原包被磁颗粒（通过DST交联法）、辣根过氧化物酶标记二抗及鲁米诺化学发光底物。
- 检测流程：
- 血样1:20稀释后与磁颗粒混合，孵育7分钟捕获IgG
- 磁分离后依次进行洗涤、二抗孵育（5分钟）
- 加入鲁米诺/H₂O₂，化学发光信号由PMT检测（10秒积分）
- 全程35分钟，支持4样本并行检测（四联检测）
3. 实验室验证
- 灵敏度与特异性：麻疹IgG检测限（LOD）0.14 mIU/mL，风疹IgG LOD 0.15 IU/mL，均低于WHO保护阈值。
- 血清板测试：商业血清板验证显示与参考ELISA结果100%一致（麻疹n=8，风疹n=20）。
4. 肯尼亚难民营现场试验
- 样本采集：在Kakuma难民营招募144名受试者（77名照顾者，67名9-59月龄儿童），采集静脉血/指尖血，同步进行MR Box检测与中心实验室参考ELISA（Siemens Enzygnost）。
- 性能评估：
- 麻疹IgG：灵敏度86%（95% CI 79-91%），特异性80%（49-94%）
- 风疹IgG：灵敏度81%（73-88%），特异性91%（76-97%）
- 与参考ELISA的总体符合率分别为86%和84%
主要结果与逻辑链条
- 技术可行性：DMF芯片成功实现全自动ELISA流程，化学发光信号与抗体浓度呈四参数逻辑关系（R²>0.999）。
- 现场适应性：MR Box在高温（22-28°C）、高湿（34-57%）环境下稳定运行，证明其野外部署能力。
- 临床相关性：尽管全血样本存在血红蛋白干扰（可能导致假阳性），但检测结果仍能有效区分免疫与非免疫个体。
结论与价值
- 科学价值：首次将DMF技术应用于难民营等极端环境，为微流控设备的实地应用提供范式。
- 应用价值：MR Box系统成本低（单次检测1.5美元）、便携（4 kg），可快速评估群体免疫水平，辅助疫苗接种决策。
- 政策意义：支持WHO消除麻疹/风疹战略，尤其适用于缺乏实验室资源的地区。
研究亮点
- 技术创新：喷墨打印电极降低芯片成本90%以上，开源硬件设计（如Dropbot 3.0）推动技术可及性。
- 方法学突破：首次实现DMF技术对全血样本的直接检测，克服传统血清分离的局限。
- 社会意义：在肯尼亚难民营完成首个非LFA微流控检测的实地验证，为全球健康公平性提供技术解决方案。
其他价值
研究数据表明，MR Box的血清阳性率评估结果（麻疹：儿童70%，照顾者91%；风疹：儿童31%，照顾者90%）与参考实验室趋势一致，但需通过Rogan-Gladen校正等方法优化阈值设定。未来可扩展至其他传染病（如疟疾）的联合检测，进一步提升系统效用。