原创 微流控芯片技术应对临床检验医学考验（二）

（一）分子诊断

分子诊断是新兴的检验医学领域。随着荧光定量PCR的推广，基因检测技术在临床医学中得到了广泛应用。尽管如此，现有核酸分析平台的一些不足之处还是限制了分子诊断技术的推广：1）场地要求严格，试剂准备、核酸提取和扩增需要分别在独立房间内进行，极大限制了该技术在医疗资源有限条件下的开展；2）采用离线式分析，操作复杂、分析周期较长，不利于应对突发性事件；3）现有的荧光定量PCR方法多是针对单一指标检测设计，对于多重基因检测无论是操作繁琐程度还是测试成本均是难以接受的。

分子诊断是微流控芯片技术最具有代表性的应用领域。对于分子诊断应用，微流控芯片最大的贡献在于该技术有潜力将核酸提取、扩增和检测集成于同一装置，因而可摆脱繁琐操作以及对专业实验室的依赖。此外，由于反应过程处于封闭的环境中，可以消除交叉污染的可能性。除了功能集成，微流控核酸分析芯片还需要具有一定的分析通量以满足临床实际需求。已经商业化的微流控分子诊断产品基本都是针对病原微生物检测应用，其价值在于：1.实现现场快速检测；2.解决难于培养鉴定病原（如结核杆菌、病毒、支原体等）鉴定问题。

研究人员最近发展一种液滴阵列微流控芯片核酸分析系统。这种便携式系统包含机械、磁力和光学检测单元，其设计理念是平衡集成、通量、成本及便携性等关键因素，发展适合于现场应用的病原筛查工具。系统所用微流控芯片上设计有多组以狭缝通道连通的串联微池，全部分析试剂均以油包水形式预存储于其中。由于表面张力效应，油相可以浸润微池和狭缝而水相不能。利用磁铁阵列驱动磁珠在串联液滴中穿行，程序化完成细胞裂解-核酸结合、磁珠洗涤、核酸洗脱、扩增/检测等一系列步骤，从而实现自动化和平行化核酸分析。该系统极为紧凑，适合于现场快速检测及医院门急诊场景下的“随到随检、快速响应”需求。课题组将这一系统用于性传播疾病病原筛查，淋病奈瑟菌、沙眼衣原体、解脲脲原体、生殖支原体等四种病原的筛查可在45 min内完成。

图1 液滴阵列微流控芯片核酸分析系统分析原理示意图

（二）免疫检测

免疫检测是临床检验极为重要的领域。目前，临床免疫检测的主流技术是化学发光和免疫比浊法，具有灵敏度高和检测线性范围宽的优势。这些检测方法一般使用大型仪器，分析通量较高。但是，由于购置成本和仪器体积因素，这类设备仅适合于大型实验室使用。基于试纸条的胶体金法是快速免疫检测的主流技术，该技术虽然使用方便，但在灵敏度和线性范围方面受限。因此，临床检验工作需要一种兼具操作便利性、检测灵敏度和定量准确性的免疫检测平台，这对于急诊以及基层医疗单位尤其重要。

图2 液滴阵列微流控芯片免疫分析系统分析原理示意图

科研人员发展了一种微流控芯片免疫化学发光分析系统。与前面介绍的液滴阵列微流控芯片核酸分析系统类似，免疫化学发光分析系统采用具有平行串联微池结构的微流控芯片。免疫化学发光分析相关的一组试剂以油包水液滴形式预存储于指定微池中。由于表面张力效应，狭缝可以隔绝水相溶液。通过程序化的磁力操控，在液滴间转移磁珠，从而将化学发光免疫分析涉及的一系列操作，包括抗原-抗体结合、磁珠洗涤、酶促发光及信号检测，在芯片分析系统内自动完成。研究利用发展的微流控化学发光免疫分析方法，进行了C反应蛋白(CRP)与降钙素原(PCT)两种感染性疾病标记物的同步检测。在优化的实验条件下，整个过程可在15 min内完成。CRP与PCT检测限分别为0.31 ng·mL-1和0.09 ng·mL-1，标准曲线线性范围分别为0.8-200 ng·mL-1和0.5-60 ng·mL-1，对照测试提示微流控芯片系统与商品化仪器检测结果高度一致。

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