微流控芯片在即时诊断中的应用研究

即时诊断(Point of care technology, POCT,或称床边诊断)是现代生物化学分析第一轮应用的主要亮点之一。 POCT的原始含义是指在病人身边直接进行诊断的一种技术, 广义的 POCT 仪器需直接置于家庭、 社区、事故灾害现场或资源匮乏地区的被检对象身边,满足突发事件或公共健康需求。 早在本世纪第一 个十年, 很多实验室即已开展基于微流控芯片的即时诊断研究,工作大多集中于以核酸分析为代表的分子诊断,以蛋白质分析为代表的免疫诊断和以代谢物分析为代表的生化诊断 。 近年来, 基于微流控芯片的POCT研究开始挑战体量极小,预处理复杂的样本,并把对象从分子逐渐拓展到细胞,进而开始仿生人器官的各种感觉(包括嗅觉、视觉、味觉等);POCT 平台的发展趋势应是手持型、“傻瓜”式, 特别是,更多采用纸质基体控制液流,使用用户现有的电子设备(如手机,google 眼镜,扫描器等) 简化 读出; POCT 开始和大数据,云计算结合,并寻求更加低廉的成本。 POCT 操作简单,无需专业人员,直接输入体液样本,即可迅速得到诊断结果,并将信息上传至远程监控中心,由专业医生指导保健或治疗 (处置),因此对于上述特定场所对象疾病的及时发现和治疗具有突破性的意义。 即时诊断试验及其装 置的精准有效是现代生命健康领域可能实现的一项重要变革,微流控检测分析芯片则是当今造就即时诊断精准有效的主流技术。 值得注意的是,广义的 POCT技术还把应用对象扩展到食品安全和环境保护等领域,使微流控芯片功能的大规模扩大。

厦门大学杨朝勇等发展了一个多用途的基于微流控纸芯片的即时诊断平台,用适配体交联的水凝胶作靶标流体调控剂,调控流体和信号读出,同时检测多个靶标。 这种装置便宜,简单,易于使用,可在 6 min 内用肉眼读出信号。 Hsu 等发展了一种有效的基于纸芯片的酶联免疫系统和改性抗体, 仅用 2μL 水溶性激素作样本即可测定血管内皮生长因子的水平,成功避免了传统酶联免疫和其它复合免疫 方法样本用量偏大,可能造成眼内室体坍塌等不足,大大有助于因眼睛缺血和血管过多形成而导致的若 干眼科疾病的诊断。 Goldsmith 和 Lim等把小分子或某些代谢物用于作为标记物,模拟人的嗅 觉接收系统,他们把嗅觉接收系统连到一个碳纳米管场效应传感器, 借助于静电原理, 使化学键合能转化为一个电信号,由此在微流控芯片上构建出一种仿生电子鼻,用于“嗅”出肺部肿瘤,用作潜在的肺 肿瘤诊断工具,具有样本用量少, 检测速度快等优点。 此外,Watkins 等把微流控液体处理和基于阻抗的电子显示相结合,研制出一种简单的自动化装置,实现了 10μL全血中 T 淋巴 CD4+和 CD8+的快速计 数,而 CD4 / CD8 的比值是 HIV 诊断中一个能直接影响临床治疗决定的关键数据。 广州医科大学的刘大渔等结合临床需求发展了一系列分子快速诊断技术。

值得注意的还有纳流控技术对POCT的影响。 通常把 100 nm 以下的流体控制技术称之为纳流控技术,这种技术已经通过单纳米孔, 纳米多孔膜和浓差极化等渗透到 POCT 中, 其中尤以纳米孔单分子核酸测序最受重视。 纳米孔单分子核酸测序是第三代测序的一种,核酸测序则是分子诊断的一个重要分支。 单纳米孔可被看作是库尔德计数器的一个变种,只是后者通过的电流被分析对象代替。 库尔德计数器使用微孔捡测微米尺度的粒子比如细胞,而纳米孔则能捡测纳米尺度的粒子,比如核酸分子。 这种类型的传感装置可以和微流控芯片集成完成上样过程并以极高通量检测、表征单个分子。 它的一个附加优点是一旦得到多种单一分子的信息,这些分子和其它定制配基相互作用的信息也会被同时检测, 因此,有可能在未知总体状况时对基因测序。 当 DNA 模板进入纳米孔时,孔中的外切酶会抓住 DNA 分 子,逐一剪去组成 DNA 分子的碱基,被剪去的碱基在通过纳米孔时和环糊精分子作用,产生特异性电流, 由此得到特定的碱基信号并转化成 DNA 序列信息 。 这种纳米孔单分子测序技术和其它第三代测序技术一起,正力图凭借其可能更加便宜、准确的优势,逐步进入医院的标准实验室,进一步降低目前每人 $ 1000的测序价格, 以期在不久的将来,使基因测序用于每个新生婴儿。

（文章节选自: 微流控芯片的研究及产业化 作者：林炳承 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除）