即時(shí)診斷(Point of care technology, POCT,或稱床邊診斷)是現(xiàn)代生物化學(xué)分析第一輪應(yīng)用的主要亮點(diǎn)之一。 POCT的原始含義是指在病人身邊直接進(jìn)行診斷的一種技術(shù), 廣義的 POCT 儀器需直接置于家庭、 社區(qū)、事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)或資源匱乏地區(qū)的被檢對(duì)象身邊,滿足突發(fā)事件或公共健康需求。 早在本世紀(jì)第一 個(gè)十年, 很多實(shí)驗(yàn)室即已開展基于微流控芯片的即時(shí)診斷研究,工作大多集中于以核酸分析為代表的分子診斷,以蛋白質(zhì)分析為代表的免疫診斷和以代謝物分析為代表的生化診斷 。 近年來, 基于微流控芯片的POCT研究開始挑戰(zhàn)體量極小,預(yù)處理復(fù)雜的樣本,并把對(duì)象從分子逐漸拓展到細(xì)胞,進(jìn)而開始仿生人器官的各種感覺(包括嗅覺、視覺、味覺等);POCT 平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是手持型、“傻瓜”式, 特別是,更多采用紙質(zhì)基體控制液流,使用用戶現(xiàn)有的電子設(shè)備(如手機(jī),google 眼鏡,掃描器等) 簡(jiǎn)化 讀出; POCT 開始和大數(shù)據(jù),云計(jì)算結(jié)合,并尋求更加低廉的成本。 POCT 操作簡(jiǎn)單,無需專業(yè)人員,直接輸入體液樣本,即可迅速得到診斷結(jié)果,并將信息上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,由專業(yè)醫(yī)生指導(dǎo)保健或治療 (處置),因此對(duì)于上述特定場(chǎng)所對(duì)象疾病的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療具有突破性的意義。 即時(shí)診斷試驗(yàn)及其裝 置的精準(zhǔn)有效是現(xiàn)代生命健康領(lǐng)域可能實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要變革,微流控檢測(cè)分析芯片則是當(dāng)今造就即時(shí)診斷精準(zhǔn)有效的主流技術(shù)。 值得注意的是,廣義的 POCT技術(shù)還把應(yīng)用對(duì)象擴(kuò)展到食品安全和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,使微流控芯片功能的大規(guī)模擴(kuò)大。

廈門大學(xué)楊朝勇等發(fā)展了一個(gè)多用途的基于微流控紙芯片的即時(shí)診斷平臺(tái),用適配體交聯(lián)的水凝膠作靶標(biāo)流體調(diào)控劑,調(diào)控流體和信號(hào)讀出,同時(shí)檢測(cè)多個(gè)靶標(biāo)。 這種裝置便宜,簡(jiǎn)單,易于使用,可在 6 min 內(nèi)用肉眼讀出信號(hào)。 Hsu 等發(fā)展了一種有效的基于紙芯片的酶聯(lián)免疫系統(tǒng)和改性抗體, 僅用 2μL 水溶性激素作樣本即可測(cè)定血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的水平,成功避免了傳統(tǒng)酶聯(lián)免疫和其它復(fù)合免疫 方法樣本用量偏大,可能造成眼內(nèi)室體坍塌等不足,大大有助于因眼睛缺血和血管過多形成而導(dǎo)致的若 干眼科疾病的診斷。 Goldsmith 和 Lim等把小分子或某些代謝物用于作為標(biāo)記物,模擬人的嗅 覺接收系統(tǒng),他們把嗅覺接收系統(tǒng)連到一個(gè)碳納米管場(chǎng)效應(yīng)傳感器, 借助于靜電原理, 使化學(xué)鍵合能轉(zhuǎn)化為一個(gè)電信號(hào),由此在微流控芯片上構(gòu)建出一種仿生電子鼻,用于“嗅”出肺部腫瘤,用作潛在的肺 腫瘤診斷工具,具有樣本用量少, 檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。 此外,Watkins 等把微流控液體處理和基于阻抗的電子顯示相結(jié)合,研制出一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)化裝置,實(shí)現(xiàn)了 10μL全血中 T 淋巴 CD4+和 CD8+的快速計(jì) 數(shù),而 CD4 / CD8 的比值是 HIV 診斷中一個(gè)能直接影響臨床治療決定的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 廣州醫(yī)科大學(xué)的劉大漁等結(jié)合臨床需求發(fā)展了一系列分子快速診斷技術(shù)。

值得注意的還有納流控技術(shù)對(duì)POCT的影響。 通常把 100 nm 以下的流體控制技術(shù)稱之為納流控技術(shù),這種技術(shù)已經(jīng)通過單納米孔, 納米多孔膜和濃差極化等滲透到 POCT 中, 其中尤以納米孔單分子核酸測(cè)序最受重視。 納米孔單分子核酸測(cè)序是第三代測(cè)序的一種,核酸測(cè)序則是分子診斷的一個(gè)重要分支。 單納米孔可被看作是庫爾德計(jì)數(shù)器的一個(gè)變種,只是后者通過的電流被分析對(duì)象代替。 庫爾德計(jì)數(shù)器使用微孔撿測(cè)微米尺度的粒子比如細(xì)胞,而納米孔則能撿測(cè)納米尺度的粒子,比如核酸分子。 這種類型的傳感裝置可以和微流控芯片集成完成上樣過程并以極高通量檢測(cè)、表征單個(gè)分子。 它的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是一旦得到多種單一分子的信息,這些分子和其它定制配基相互作用的信息也會(huì)被同時(shí)檢測(cè), 因此,有可能在未知總體狀況時(shí)對(duì)基因測(cè)序。 當(dāng) DNA 模板進(jìn)入納米孔時(shí),孔中的外切酶會(huì)抓住 DNA 分 子,逐一剪去組成 DNA 分子的堿基,被剪去的堿基在通過納米孔時(shí)和環(huán)糊精分子作用,產(chǎn)生特異性電流, 由此得到特定的堿基信號(hào)并轉(zhuǎn)化成 DNA 序列信息 。 這種納米孔單分子測(cè)序技術(shù)和其它第三代測(cè)序技術(shù)一起,正力圖憑借其可能更加便宜、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì),逐步進(jìn)入醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)一步降低目前每人 $ 1000的測(cè)序價(jià)格, 以期在不久的將來,使基因測(cè)序用于每個(gè)新生嬰兒。

（文章節(jié)選自: 微流控芯片的研究及產(chǎn)業(yè)化 作者：林炳承 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）