导语

近日，哈尔滨工业大学（深圳）医工学院陈华英教授与机器人与先进制造学院朱永刚教授团队，联合深圳中山妇产医院陈培林研究团队，在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表题为“Embryo metabolite analysis and implantation potential prediction using chemiluminescent microfluidic chips with dielectric wetting valves”的研究论文。

该研究开发了一种基于介电润湿阀的化学发光微流控芯片，实现了对胚胎培养液中关键代谢物的高灵敏检测，并构建了用于预测胚胎着床潜能的多参数模型，为辅助生殖领域的胚胎选择提供了新的技术手段。

研究背景

在体外受精（IVF）过程中，如何准确评估胚胎发育潜能并选择最优胚胎进行移植，是提高妊娠成功率的关键问题。目前临床主要依赖胚胎形态学评价，但该方法具有一定主观性，预测能力有限。近年来，胚胎代谢分析被认为是一种极具潜力的无创评估策略。胚胎在培养过程中会持续消耗或释放葡萄糖、乳酸和丙酮酸等代谢物，其变化能够反映胚胎能量代谢状态，与发育潜能密切相关。然而，单胚胎培养液体积极小且代谢物浓度范围跨度较大，传统检测方法难以实现快速、灵敏的微量检测。因此，发展适用于微量样品的高灵敏检测技术，对推动胚胎代谢研究及辅助生殖临床应用具有重要意义。

研究内容

针对上述问题，研究团队设计并构建了一种毛细驱动化学发光微流控芯片，并在芯片中集成了介电润湿阀（dielectric wetting valve）结构，实现对微量液体的精准控制。芯片通过毛细作用驱动样品流动，在电压激活下控制液体通过阀结构，从而触发多步酶促反应并产生化学发光信号，实现代谢物的定量检测。从而建立胚胎发育潜能的多参数预测模型（图1a）。该芯片能够在仅需3 μL胚胎培养液的条件下，同时检测葡萄糖、乳酸和丙酮酸三种关键代谢物，并表现出较高的检测灵敏度和宽线性检测范围。研究结果表明，该系统对葡萄糖、乳酸和丙酮酸的检测限分别达到微摩尔量级，能够有效满足单胚胎培养液代谢分析的需求（图1b）。

图1. 胚胎发育潜能评估及代谢物检测流程示意图

(a) 基于化学发光介电阀芯片的形态学和代谢组学胚胎着床潜力综合分析(b) 样品检测流程

在临床样本研究中，团队分析了169例人类胚胎培养液样本（训练集61例和验证集108例），并结合胚胎移植后的妊娠结局进行统计分析。研究发现，具有较高发育潜能的胚胎通常表现出更高的葡萄糖和丙酮酸消耗速率，以及更高的乳酸生成水平，反映出其更活跃的能量代谢状态。进一步地，研究团队将代谢指标与传统形态学评分进行整合，建立了胚胎植入潜能预测模型。结果显示，该综合模型在预测胚胎妊娠结局方面表现出较高准确性，受试者工作特征曲线（ROC）的曲线下面积（AUC）达到92.0%，显著优于单纯形态学评估方法（图2和3）。研究表明，该微流控检测平台能够实现对胚胎代谢状态的灵敏、无创分析，并可作为辅助生殖临床胚胎筛选的重要辅助工具。

图2. 用于胚胎筛选的多参数预测模型

图3. 用于胚胎选择预测模型的临床验证

论文信息

哈尔滨工业大学（深圳）医工学院博士后佟文强为论文第一作者，医工学院陈华英教授、机器人与先进制造学院朱永刚教授以及深圳中山妇产医院陈培林助理研究员为共同通讯作者。

论文题目：Embryo metabolite analysis and implantation potential prediction using chemiluminescent microfluidic chips with dielectric wetting valves

发表期刊：Nature Communications

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69999-5