项目目标

在此项目中，我们应用新颖方法在封闭整合的系统中实现整个数字PCR流程。该面向临床应用的数字PCR平台具有全自动操作、无污染、快速且多重检测能力强等特点。

项目背景

“液体活检”是精准医疗领域发展最快的技术，被MIT Technology Review 评为2015年度十大突破技术。“液体活检”以无细胞DNA（cfDNA）为检测对象。cfDNA突变的检测在癌症早期诊断、癌症分期、用药靶点、疗效实时监测等方面中具有深远的意义，并有助于为患者进行精确的癌症治疗。近年来，数字PCR技术的出现有望成功解决cfDNA检测所面临的挑战。在此项目中，我们应用新颖方法在封闭整合的系统中实现整个数字PCR流程。该面向临床应用的数字PCR平台具有全自动操作、无污染、快速且多重检测能力强等特点为癌症早期诊断，药物反应监测和预后决策提供了可能性。

项目特色和创新点

我们提出了一种数字PCR工作流程，在单个微流控芯片上实现整个数字PCR检测所有流程，包括高通量的液滴生成、存储、热循环和广域图像式检测。这使得将所有模块集成到一个封闭的系统中从而减少污染、便于实现自动化操作、检测耗时短及易于模块化设计实现高通量。该技术在液滴产生技术以及液滴成像/读取方法等方面与现有的商业化产品不同。

样品分配方法是本项目所发展的新型数字PCR平台的核心技术，它源于我们开发的新型液滴生成技术。这种高纵横比引起的液滴自分散（HIDS的缩写）结构具有可操作性好、易于制造和灵活设计等优点。因为液滴破裂是由界面张力引起的，所以在这种结构的并行化时，流动不均匀性和波动可能不会影响液滴尺寸的均匀性，从而可以通过简单的集成和操作中实现了高通量液滴的产生。

另外，液滴腔的平面结构便于芯片和热循环仪及光学系统的耦合，从而允许原位扩增和检测。由于液滴在液滴腔平铺薄薄一层，热传导相比传统PCR管更快，使得PCR热循环的效率大幅提升，从而缩短PCR反应所需时间。

项目成果

我们成功研发出一种数字PCR工作流程，在单个微流控芯片上实现整个数字PCR检测所有流程，包括高通量的液滴生成、存储、热循环和广域图像式检测。由于液滴在液滴腔平铺一层，热传导相比传统PCR管更快，使得PCR热循环的效率大幅提升，从而缩短PCR反应所需时间。这种同时且独立的检测方法，可以在同一时间、同一样品中对浓度非常不同的靶标进行绝对定量，并且可以通过一次测试获得多个基因或突变的信息。单个微流控芯片将所有模块集成到一个封闭的系统中从而减少污染、便于实现自动化操作、检测耗时短及易于模块化设计实现高通量。