哈工大任玉坤教授团队研发超便携水平热对流核酸扩增设备

哈工大全媒体（阚思邈 郭文尚 许明辉/文 郭文尚 许明辉/图）近日，我校机电工程学院任玉坤教授团队在微流控便携式核酸检测设备方向取得重要进展，提出基于水平热对流的新型核酸扩增机制，突破了单端恒温加热和设备超便携两大技术难题，为现场即时诊断提供新思路。相关研究成果以《用于临床诊断的集成式水平对流PCR系统》（Integrated Horizontal Convective PCR System for Clinical Diagnostics）为题发表于《科学进展》（Science Advances）。该研究在基层医疗和突发公共卫生事件现场快速检测领域具有重要应用前景。

水平对流PCR系统工作原理

传统分子诊断技术面临双重困境：一方面是大型中央化检测设备需要样本集中、操作人员专业化以及检测效率低，而另一方面则是便携式设备稳定性差和检测精度不高。因此，开发具有良好环境适应性且高精度的便携式检测设备具有紧迫性。

针对上述问题，团队提出基于瑞利-贝纳德对流的水平核酸扩增新机制，实现毛细管单端加热时，溶液受热上升、遇冷下沉，形成稳定对流循环，使核酸分子在密闭空间内自主穿越变性、退火、延伸三温区。同步开发的“毛细自装载”技术利用液固界面张力，仅需4.5秒即可完成13微升（μL）样本吸入与双端密封，彻底消除气泡干扰。配合振动隔离装置，系统在车载颠簸及30°倾斜环境下仍可稳定运行。基于该技术的终端便携式检测设备，可集成于U盘实现超便携检测目标。通过130例临床试验（包括乙肝、新冠、甲流），准确率为96%，特异性为100%，检测限低至10拷贝数每微升。

超便携终端检测设备

便携式设备操作

不同场景检测

哈工大机器人技术与系统全国重点实验室为论文第一通讯单位。机电工程学院教授任玉坤、哈尔滨医科大学附属第一医院教授周海舟为论文共同通讯作者。机电工程学院博士研究生郭文尚、硕士研究生许明辉为论文共同第一作者。机电工程学院副教授陶冶、助理研究员薛睿，长安大学教授刘维宇，哈尔滨医科大学附属第一医院副主任关雪等参与本项研究工作。该研究获得国家自然科学基金、哈工大青年科学家项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx8434