参考文献:On the Application of Microfluidic-Based Technologies in Forensics: A Review – PMC
体液筛查(BFS)通常包括两步:推定性检测和确认性检测,但传统方法常因特异性不足、耗时长、样本浪费和对DNA的破坏而受限。
Cromartie等人开发的多路复用纸基微流控装置(PAD)可在10–15分钟内通过比色法同时检测血液、精液、唾液和尿液,且易于携带和操作。
Ansari等人也开发了蜡图案化PAD,用于快速血液检测和血型鉴定,能检测干血迹达48天。
而在体液鉴定(BFID)方面,尽管传统光谱法耗时且昂贵,新兴的分子生物学方法如基于RNA的检测更具前景。
Layne等人开发了离心微电泳盘(EDisc),通过电泳和激光诱导荧光检测mRNA扩增子,可对多种体液进行快速分析,检测效果与传统毛细管电泳相当,但耗时减少了四倍。
DNA样本处理包括细胞裂解和DNA提取纯化两个步骤,在细胞裂解方面,研究已涵盖化学、热、电、电化学及机械裂解,其中机械裂解和电裂解因无需试剂或加热元件而具优势,如DiCarlo等人通过集成“纳米刀”在微流通道中实现机械裂解。
其他如光学、声学、超声波等裂解技术也被应用于微流控平台。
在DNA提取方面,芯片上的固相萃取(SPE)方法被广泛采用,硅胶珠特别有效于ng级别DNA的结合与释放;例如,Durate等人通过芯片内磁性硅胶珠实现了高效DNA提取。
尽管这些技术已在临床中应用成熟,但在法医领域面临原始样本复杂性和污染问题,特别是在性侵犯案件中,样本常包含来自不同个体的混合细胞。
为此,差异提取(DE)方法被开发,利用超声波等手段在15分钟内选择性裂解上皮细胞并分离精子。
Inci等人开发了一种在芯片上结合SLeX配体选择性捕获精子的系统,将DE分析时间从8小时缩短至80分钟,捕获效率达70%至92%,显示出微流控在法医DNA前处理中的巨大潜力。
DNA扩增是法医DNA分型的关键步骤,因样本中DNA含量通常较低,需通过聚合酶链式反应(PCR)进行扩增,但该过程耗时较长。
液滴微流控PCR是一种新兴技术,具有高效混合和避免污染的优势。
多重PCR也已在芯片上实现,如Estes等人将PCR试剂固相封装,便于现场使用;DuVall等人基于不同基质优化微型装置,在10–15分钟内生成STR图谱;Cornelis等人更将PCR与熔解分析集成,可同时检测多个基因位点。
DNA检测主要依赖荧光与毛细管电泳(CE),微芯片电泳(ME)速度快、集成度高,但多数仍需芯片外检测。
Hopwood等人开发的集成系统可在单装置中完成DNA提取、PCR扩增和CE分离,生成符合数据库标准的DNA图谱。
微流控技术在法医毒品分析中主要应用于非法药物的检测,涵盖从运动员药检到毒驾案件的现场定性与定量分析。
传统分析技术如免疫测定(ELISA)、样本提取(如过滤、固相萃取)、分离(如毛细管电泳、胶束电动色谱)和检测方法(如化学发光、电化学)已被成功集成至微流控平台。
缉获毒品的推定鉴定方法主要包括比色分析和电化学分析,其中电化学分析如方波伏安法已用于纸基微流体平台检测LSD。
比色检测方面,Musile等人开发了首个基于纸的微流控装置(PAD),实现对多种药物的多重比色检测,Krauss等人则利用离心微流控平台结合智能手机图像分析提高了检测精度。
为增强特异性,Bruijns等人提出结合紫外-可见光谱仪的COC微芯片检测平台,而Lockwood等人开发的十二通道idPAD可灵敏识别复杂药物混合物,具备高特异性和灵敏度。
适体技术的引入进一步提升了比色检测的选择性,Wang等人通过金纳米粒子和抗可卡因适体制成的PAD实现肉眼可视检测,LOD达克级。
Kawano等人则结合纳米孔和可卡因结合适体,实现了纳米级检测限和亚分钟检测时间。
基于微流控芯片的法医毒品分析可针对单一或多种药物化合物进行高效检测。
单一化合物方面,已开发出用于检测血浆、尿液和头发中苯丙胺类药物的微芯片ELISA平台,如Mobioni Far等人采用带抗体的蛇形通道结合化学发光实现苯丙胺定量检测;Tian等人则利用适体识别与水凝胶-PAD构建比色平台,成功检测尿液中的可卡因。
多种化合物检测方面,微芯片中集成了液-液萃取(如Miyaguchi等人用于提取苯丙胺类化合物)及整体柱材料(如Xu等人用于提取异丙嗪)等预处理步骤。
分离与检测主要依赖电泳(CE、MEKC),如Du等人结合MEKC和化学发光检测可待因和海洛因,Qiag等人采用CE与紫外检测识别多种非法药物。
电化学检测因其高灵敏度、紧凑性和低信号损耗,广泛用于检测高爆炸物,如Wang等人通过微芯片电泳法结合安培法和方波伏安法检测TNT和DNB,Piccin等人则结合CE-ECD快速筛查PETN等硝酸酯类炸药,LOD达ppm级。
Hilmi等人使用金电极与SDS缓冲液检测TNT和DNT,实现ng级检测。
比色法方面,Peters等人开发的多通道PAD可在5分钟内检测TNT、RDX、TATP等爆炸物;Pesenti等人的双区PAD实现对TNT和TNB的选择性检测,LOD达ng级;Salles等人则结合三种化学试剂和图像分析,快速区分五种爆炸物。
PAD也被广泛应用于低爆炸药和爆破剂,,如Chabaud等人检测雷管和烟花中的六种金属盐,LOD在克级以内,Peters等人开发的五通道PAD可检测黑火药、闪光粉和硝酸铵等无机爆炸物,基于颜色变化进行识别。
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