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微流控芯片应用之即时诊断

即时诊断设备与试剂具有便携化、简单化、结果及时化的特点,能够实现患者护理现场或床旁检测,对于传染性疾病的快速诊断、户外现场诊断和家庭健康监测具有重要意义。微流控芯片凭借在微小可控的平台对多种技术单元进行灵活组合与规模集成的优势,成为即时诊断的主流技术。基于微流控技术成功商业化的典型产品包括 Abaxis 公司的Piccolo 生化芯片检测系统、雅培公司的 i-STAT 血气分析仪和 Cepheid 公司的 GeneXpert 系列PCR 分析仪。近年来,国内基于微流控免疫荧光法和磁微粒化学发光法等即时诊断产品相继获批上市。

在便携和快捷基础上,基于微流控芯片的即时诊断主要研究焦点为发展特异性好与灵敏度高的快速检测技术。在核酸检测方面,环介导恒温扩增技术因其高灵敏度和无需梯度变温的特点,仍是目前研究的热点之一。Sun 等将基于微流控芯片环介导等温扩增技术的核酸检测系统与智能手机集成,使用马呼吸道传染病模型模拟 COVID-9感染者,研究表明,该系统检测含有病原体的马鼻拭子的检测限与常规聚合酶链式反应相似,结果可在 30 min 内获得。

纸基微流控使用纸张作为基底,具有成本低、加工简易、携带和使用快速便捷的特点,主要应用于快速诊断和环境监测,然而纸基微流控集成度低、技术参差不齐,近年来的研究焦点在于提高纸芯片的检测精度与速度,并与智能化系统相结合。

Chen 等 设计了折叠、可滑动的三维表面修饰纸基分析设备,能够实现多种试剂预储存,该芯片对人免疫球蛋白 G(HIgG)的检出限可低至 0.01 ng/mL,检测时间缩短至 7 min。Li 等 在纸基微流控设备上,利用氧化锌纳米线直接生长在工作电极的方法提高基于电化学阻抗谱的生物传感器性能,经过优化,芯片针对人类免疫缺陷病毒 p24 抗原的检测限低至 0.4 pg/mL。