微流控技術在臨床檢驗中的應用進展*

李 恒 ，史燁萍 ，周思達 ，李警予 ，馮 宇 ，李 含 ，宋夢慈 ，賀志安

（1.新鄉醫學院三全學院 醫學檢驗學院，河南 新鄉 453003；2.新鄉醫學院 醫學檢驗學院，河南 新鄉 453003）

微流控技術的概念被提出已有30 余年，以“微型全分析系統”（μ-TAS）和“芯片實驗室”（LOC）為主要形式[1]。隨著微流控技術的日臻成熟，逐步從前期技術攻關進入到產品商業化研發階段，具有消耗試劑少、檢測速度快、易于集成等優勢，為其在臨床檢驗領域提供了巨大的發展機遇[2]。

1 微流控技術的簡介

1.1 概念及技術特點

微流控技術指的是在微米尺度下對微小量級的流體進行精準操控的一種技術[3]。芯片是實現流體操控的載體，研究開發微流控芯片是目前主要的研究內容[4]，其由微米級流體的管道、反應器等元件構成，采用微機電加工系統制作，最大限度地利用了微尺度下流體具備的特性：層流效應、毛細效應、快速熱傳導效應和擴散效應等特殊性能，實現多個實驗流程在一塊芯片上自動完成[5]，具有低消耗、高效率、自動化、集成化、便攜化等優勢[6-7]。

1.2 在臨床檢驗領域的優勢

隨著微流控技術的發展及在醫學檢驗領域的應用，即時檢驗（POCT）受到了廣泛關注和長足的發展[8]。它指的是在實驗室之外，任何時間、任何地點都可實現快速診斷的一個微型化檢驗系統，而微流控芯片是實現即時檢驗的有利技術平臺[9]。

以微流控技術為基礎的即時檢驗，是對傳統檢驗的一個有利補充。這體現在以下三個方面：（1）擴大使用范圍：傳統檢驗檢測的及時性較差，應用范圍受到一定限制。而微流控芯片通過簡化操作步驟、集成檢測裝置，可以由非專業人員完成操作，可以普及到門急診、床旁檢測、基層小型醫療機構，甚至可以由患者居家自測。受眾更加廣泛，臨床適應性更強。（2）試劑耗材成本降低：微流控芯片是對微流體進行操作，因此所需的試劑和樣品極少，有利于控制綜合成本。（3）提高檢測效率：微流控技術將多種操作單元靈活集成于一張芯片，在短時間內完成多個項目的檢測，顯著的提升檢測效率[10]。

微流控芯片高效化、小型化的特點符合即時檢驗的需要[11]。目前微流控技術已經在臨床檢測的多個領域如生物化學檢測、免疫檢測、病原微生物檢測等獲得具體應用。

2 微流控技術在臨床檢驗領域中的應用

2.1 在生物化學檢測中的應用

臨床生化檢驗主要是通過對血液、尿液等體液標本中各種化學成分含量的檢測，得到血糖、肝功、腎功等生化指標的結果[12]。臨床上主要依托全自動生化分析儀等大型檢測設備，因其具有靈敏度高、準確度高等優勢，所以受到廣泛應用，但由于儀器設備費用高、樣本和試劑消耗大，對檢驗環境要求苛刻等原因，限制其在醫療匱乏地區以及基層小型醫療機構的應用[13]，因此實現檢測系統的集成化和微型化是未來技術研究的關鍵。

血葡萄糖濃度的檢測：

患有糖尿病的人數呈逐年上升趨勢，糖尿病的診斷以血糖作為標準，如果患者具有明顯多飲、多尿、多食和消瘦的癥狀，只要一次異常血糖值即可確診[14]。若高血糖不給予控制，將會造成各種器官的慢性損傷，甚至功能障礙。因此，早診斷、早治療、持續監測血糖水平對于患者尤為重要。

便攜式血糖儀是結合微流控技術的一種新型體外診斷儀器，能夠在采樣現場即時檢測，一方面提高檢測效率，能夠隨時隨地獲得檢測數據，另一方面也方便了高血糖患者的自我檢測。血糖儀對全血血糖檢測的性能指標均達到行業標準，能夠滿足臨床的需求。血糖儀以操作簡單、節約時間、便于攜帶等優勢彌補了全自動生化分析儀的不足，受到廣泛應用[15]。

2.2 在免疫檢測中的應用

目前國內基層醫療機構臨床免疫學檢驗多使用半自動檢測儀器，存在著手工操作復雜、低效等缺點；大型醫療機構所使用的全自動免疫分析儀器又多使用封閉系統，儀器設備和試劑耗材成本極高，這些都限制了臨床免疫學檢驗的發展。而微流控技術在使用方法上打破傳統實驗室的束縛，兼具操作快速便利和定量準確等優勢。因此，當微流控技術與免疫分析方法相結合時，能夠產生許多較為便捷的免疫檢驗技術，對于疾病的檢測有著重要意義。

2.2.1 癌胚抗原檢測

癌胚抗原（CEA）是一種具有人類胚胎抗原性的蛋白[16]，在臨床實驗室，CEA 被認定為是一項廣譜的腫瘤標志物[17]，對腫瘤進行相關的疾病診斷及預后判斷具有參考意義。梁臻龍等[18]建立一種結合微流控芯片和酶促化學發光免疫技術的CEA 檢測平臺，基本原理是采用化學偶聯反應將鼠抗人CEA 包被于直徑1mm 的二氧化硅微球表面，用雙抗體夾心法在毛細玻璃管中檢測CEA。該方法對實驗條件、反應時間等進行優化，特異性、精密度、功能靈敏度等都達到行業標準，分析結果與電化學發光酶免疫結果成正相關，適用于醫療資源匱乏地區。

2.2.2 炎癥標志物的檢測

C 反應蛋白（CRP）和降鈣素原（PCT）是目前臨床上重要的診斷細菌感染的敏感標志物，動態監測PCT 和CRP有利于對疾病的判斷及預后[19]。肖鋒等[20]構建一種基于微流控芯片平臺的化學發光免疫分析系統，將實驗中所涉及操作，比如抗原-抗體結合、磁珠包被、熒光標記及信號檢測等過程集成化，能在15min 內完成CRP 與PCT 兩種感染性疾病標記物的同步檢測。研究表明這種新的免疫分析方法，檢測結果的準確度等指標接近于傳統的免疫分析方法，因其具有操作自動化、分析通量高、檢測時間短和線性范圍寬的優勢，非常適合門急診及床旁快速診斷。

3 在病原微生物檢測中的應用

面對未知感染源疫情時，往往需要多種病原體進行篩查[21]。傳統病原微生物檢測方法包括菌落培養、血清學鑒定等[22]，這些檢測方法只能局限于實驗室，而且面臨檢測周期過長、對窗口期不敏感、靈敏度較差等問題。微流控技術在解決這些問題上展示出新的優勢。

3.1 人乳頭狀瘤病毒檢測

宮頸癌是原發于子宮頸部的惡性腫瘤。研究表明，人乳頭狀瘤病毒（HPV）是導致宮頸癌的主要原因，因此對于HPV 的檢測和分型是預防和篩查宮頸癌的關鍵[23]。博暉創新定位于微流控技術平臺，以核酸檢測為目的，研發出一臺HPV 核酸微流控檢測儀[24]。利用微流控技術，無需樣本前處理，在一張芯片上集成核酸提取、多重PCR擴增、膜反向雜交顯色等各個步驟，能夠同時檢測出24個HPV 亞型。研究表明博暉創新微流控檢測儀具有特異性高、線性良好、對實驗室條件要求不高且易于操作等優勢，因此是一種適宜推廣的HPV 檢測平臺。

3.2 微流控技術在臨床檢驗領域的局限性

微流控芯片技術憑借著自身的優勢具有廣闊的發展前景，但是目前仍存在一些難題尚未解決：（1）質量控制及實驗安全：一方面對于樣本不能與第三方質控品和其他臨床樣本同時檢測，檢測報告也非專業操作人員審核和解讀。另一方面使用過后的試劑盒無法集中回收，可能會帶來生物安全的隱患。（2）臨床應用范圍較窄：現階段的微流控技術在少數項目的檢測性能較好，甚至超越傳統檢驗技術，但也存在著一些弊端，沒有形成全面超越的優勢。（3）產業環境：微流控芯片的研發和應用單位脫節，高端加工技術的欠缺也加大了產品開發的難度，限制推廣應用。

4 總結與展望

微流控芯片技術與傳統檢驗技術各有優勢，兩者可以相互取長補短，形成共同發展的模式。隨著我國精準醫療的啟動，微流控技術將極大地推動現代檢驗醫學的發展，未來將會與其他前沿科學技術相互交叉滲透，聯合產生新的分析方法，從而為臨床醫學檢驗診斷提供更準確的信息。