传染病和癌症是微流控技术诊断的主要疾病。生物标志物,肿瘤细胞,病原体或病毒颗粒通常可在患者的循环血液中进入。随着测序技术的发展,微流控在基因疾病的检测上也逐渐开始发力。另外,发病率与日俱增的神经退行性疾病和糖尿病也是微流控技术的广阔市场。
用于诊断目的的微流控系统的优势是快速检测,易用性,成本效益以及在识别传染病方面的高精度。在医学中使用微流控芯片可显著缩短检测与临床治疗之间的时间间隔,这对于患者生存至关重要。便携式微流控试剂盒所提供的优势在医疗服务较差的地区尤其显著。
常规的病原微生物检测方法主要有免疫学检测法和分子生物学法等。其中传统的生化鉴定法、细菌培养等,简单、直观、费用低,能够准确获知样品中病原微生物特性,被认为是“金标准”。但上述法特异性低、周期长(5-7 天)、耗时费力,而且对培养环境和操作人员要求严格,不适宜病原微生物的快速诊断。
非典型病原体,如肺炎支原体,肺炎衣原体等通常采用血清抗体检测,或分子检测。病毒的检测则有所不同,传统的培养,血清学都难以跨越性能和检测种类的限制。对于病原体检测来说,传统的培养方法难以解决病毒的快速诊断问题。
免疫学检测方法利用抗原-抗体的识别和结合,较培养法更加特异和快速,是一种可以定性和定量的综合技术,常用方法包括酶联免疫吸附试验(ELISA)、化学发光免疫分析法、免疫胶体金技术等,但免疫学检测也存在反应的“窗口期”,对病原微生物含量较少的样品往往需要富集的过程,增加了检测时间,在拥有高级医疗中心的大城市中,这是难以让人接受的,需要使用即时医疗(POC)技术来缩短此时间。
以微流控为核心的芯片实验室或微全分析系统为POCT提供了极为有利的技术平台。微流控系统的高性能,小尺寸和便携性,加上对芯片进行测量和光学监控的能力,使得优化诊断方法得以实现。一方面,微流控技术可以在微型化装置上实现复杂分析所涉及的多功能单元集成及操作自动化,从而避免传统复杂多步生物分析对专业实验室及操作人员的需求;另一方面,微尺度下反应/分析速度快、样品试剂消耗少、易于实现高通量分析。这些特性高度契合POCT的发展需求,因此微流控技术日趋成为构建POCT系统的核心技术。
2 微流控的发展现状
随着技术发展,高通量的微流控产品作为下一代检测技术,既要保留常规POCT(快、小巧)和大型设备(性能优异、自动化程度高)的优点,同时也会解决常规POCT(性能差)和大型设备(体积大、硬件复杂、成本高昂)的缺点。
微流控技术的发展现状在技术原理上,已经完全打通。因为涉及的学科(微机电、材料学、光学等)较多,集成难度较大,各厂家的生产成本相对较高,单片芯片生产成本在20元以上的非常多,且部分厂家因为芯片结构设计复杂而存在量产的困难。通过不断技术改进和优化,成本也在稳步下降中,少数厂家的单片芯片批量生产成本可控制在5元以内,甚至更低。因为制造成本下降,多重PCR开始普及,海内外陆续有许多企业布局多联检,超联检。
另外,因为微观操控要求的精度高,在性能上整体与大型设备相比还是有一定差距,但也在不断缩小。现有的技术在寻找市场突破点方面,一般通过以下两个方式:
(1)常规手段还无法实现自动化检测,例如分子检测。常规的分子检测,需要采用多个设备,且分隔在不同的空间内,以防止交叉污染。使用全程封闭且集成一体化的分子微流控芯片,能实现Sample in,Result out的目标。
(2)价值较高的检测项目,因为价值较高,鉴于POCT的应用场景(快、小巧灵活),相对高成本的微流控产品还是有一定的市场空间,且允许生产厂家、代理商和终端客户保有一定的利润空间,而不至于亏损。
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