POCT微流控芯片的應用
即時檢測(POCT),以實現(xiàn)便捷的現(xiàn)場即時醫(yī)學檢測為主要思想,旨在借助一體化檢測器或便攜式儀器,縮減樣本運輸管理成本,降低檢測等待時間,緩解臨床應用對高端儀器的依賴。相對于傳統(tǒng)的實驗室檢測機制,POCT不單純以提高檢測精度為目標,而主要通過精簡操作流程、集成檢測裝置、壓縮檢測成本,實現(xiàn)部分由非專業(yè)人員完成、受眾和適應性更強的就地檢測。因其綜合成本和可操作性方面的優(yōu)勢,POCT對完善農(nóng)村邊遠地區(qū)醫(yī)療建設(shè)、加速檢驗檢疫流程、應對突發(fā)疾病災害、推動個性化醫(yī)療和疾病篩選等具有重要意義,并已廣泛應用于臨床治療和監(jiān)護。
本文主要根據(jù)核酸、蛋白、細胞等目標物質(zhì)的檢測需求,分類綜述了近年來基于微流控芯片的POCT檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀。
一、POCT微流控芯片核酸檢測
由于核酸是儲存、復制和遺傳信息的基礎(chǔ)物質(zhì),因此,核酸檢測在特定疾病的檢測中具有較高的靈敏度和特異性。傳統(tǒng)的核酸檢測包括樣品前處理、核酸擴增(PCR擴增)及擴增產(chǎn)物的檢測等多個復雜、耗時的步驟,對操作人員有特殊要求,同時需要使用到昂貴的設(shè)備和試劑。核酸芯片可以將這些處理過程微型化、簡潔化,并統(tǒng)一集中在一個微小芯片內(nèi)。由于核酸檢測處理過程復雜,不同步驟中需要使用多種試劑,因此核酸芯片的流體控制系統(tǒng)比較復雜。此外,PCR擴增過程中的溫度控制系統(tǒng),以及擴增物的光學檢測系統(tǒng)和最終輸出檢測結(jié)果的用戶接口都有較高的整合性要求。對于POCT核酸檢測而言,需要對功耗、體積、可靠性和成本等多方面進行考慮。高功耗和大體積是目前的核酸芯片檢測系統(tǒng)面臨的主要問題,未來POCT核酸檢測需要進一步完善便攜性,并保證核酸檢測原有的高靈敏度和高特異性的優(yōu)勢。
針對POCT核酸芯片擴增產(chǎn)物的檢測方法,除了常規(guī)的熒光檢測和電泳檢測外,還有幾種新的發(fā)展趨勢。低密度微矩陣核酸雜交法可以實現(xiàn)同時檢測多個擴增產(chǎn)物。整合引物延伸方法是檢測目標基因的單個核苷酸多態(tài)性。
二、POCT微流控芯片蛋白質(zhì)檢測
蛋白質(zhì)通常可以直接揭示或反映某些確切疾病的表征和狀態(tài),因此蛋白質(zhì)檢測是POCT目前研究較多的方面。蛋白質(zhì)檢測不需要對樣品進行前處理,可以直接對全血和唾液進行檢測,其中以免疫層析法為原理的蛋白質(zhì)檢測較為普遍,該方法具有較高的靈敏度和特異性,而且相比于核酸檢測更加簡單和快速。綜合各類商業(yè)應用和學術(shù)研究的POCT蛋白質(zhì)檢測,主要特點都是盡量減少樣品處理步驟和相關(guān)的流路控制,為非專業(yè)的操作人群提供操作更簡單、重復度更高的檢測系統(tǒng)。目前,研究一些新的流路控制方法和新材料,如表面等離子體諧振(SPR)、磁性納米材料、量子點材料等,改進蛋白質(zhì)檢測的集成度和檢測效率是POCT重要的發(fā)展方向。
研究人員利用磁性納米微粒有效分離出目標蛋白,從而免去了洗脫步驟和相應的流路控制,他們設(shè)計的心肌肌鈣蛋白檢測芯片能在幾分鐘內(nèi)完成對血漿樣品的檢測,檢測限達到了72pg/mL。
除了免疫層析法外,酶聯(lián)免疫吸附實驗法也是近年在蛋白質(zhì)檢測上研究較多的方法。
三、POCT微流控芯片細胞計數(shù)與檢測
細胞作為生物有機結(jié)構(gòu)和功能的基本單位,可以直接反映疾病的進行情況,如在口腔癌、艾滋病等的輔助診斷和預后判斷方面有重要的臨床應用價值。POCT細胞檢測是對核酸檢測和蛋白質(zhì)檢測技術(shù)的重要補充,其分析方法主要是細胞分離和分型計數(shù),即傳統(tǒng)的流式細胞儀技術(shù)。目前,POCT細胞檢測在對操作人員的要求、檢測速度和量產(chǎn)成本等方面都有很大的發(fā)展空間,研究新的細胞分離技術(shù)和檢測方法是當前的研究熱點。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起,具備遠程診斷功能的POCT將會很快成為主要的發(fā)展趨勢。
研究人員設(shè)計了一種可以對四種白細胞進行計數(shù)的非靶流式細胞技術(shù)儀,該儀器避免了過多的稀釋步驟和靶流結(jié)構(gòu)。除了光學檢測方法外,電化學阻抗法是POCT細胞檢測的另一個研究方向。其原理是通過測量細胞膜的容抗和阻抗,以及細胞質(zhì)的電導率和電容率,實現(xiàn)對血細胞的計數(shù)和區(qū)分不同的白細胞。該方法不需要對血細胞的技術(shù)和區(qū)分不同的白細胞。
標簽:   微流控 微流控技術(shù)