POCT微流控芯片的應用
即時檢測(POCT),以實現便捷的現場即時醫學檢測為主要思想,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,實現部分由非專業人員完成、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勢,POCT對完善農村邊遠地區醫療建設、加速檢驗檢疫流程、應對突發疾病災害、推動個性化醫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護。
本文主要根據核酸、蛋白、細胞等目標物質的檢測需求,分類綜述了近年來基于微流控芯片的POCT檢測技術研究現狀。
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物質,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。傳統的核酸檢測包括樣品前處理、核酸擴增(PCR擴增)及擴增產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,并統一集中在一個微小芯片內。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比較復雜。此外,PCR擴增過程中的溫度控制系統,以及擴增物的光學檢測系統和最終輸出檢測結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勢。
針對POCT核酸芯片擴增產物的檢測方法,除了常規的熒光檢測和電泳檢測外,還有幾種新的發展趨勢。低密度微矩陣核酸雜交法可以實現同時檢測多個擴增產物。整合引物延伸方法是檢測目標基因的單個核苷酸多態性。
二、POCT微流控芯片蛋白質檢測
蛋白質通常可以直接揭示或反映某些確切疾病的表征和狀態,因此蛋白質檢測是POCT目前研究較多的方面。蛋白質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。綜合各類商業應用和學術研究的POCT蛋白質檢測,主要特點都是盡量減少樣品處理步驟和相關的流路控制,為非專業的操作人群提供操作更簡單、重復度更高的檢測系統。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,改進蛋白質檢測的集成度和檢測效率是POCT重要的發展方向。
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,他們設計的心肌肌鈣蛋白檢測芯片能在幾分鐘內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,酶聯免疫吸附實驗法也是近年在蛋白質檢測上研究較多的方法。
三、POCT微流控芯片細胞計數與檢測
細胞作為生物有機結構和功能的基本單位,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檢測技術的重要補充,其分析方法主要是細胞分離和分型計數,即傳統的流式細胞儀技術。目前,POCT細胞檢測在對操作人員的要求、檢測速度和量產成本等方面都有很大的發展空間,研究新的細胞分離技術和檢測方法是當前的研究熱點。隨著物聯網技術的興起,具備遠程診斷功能的POCT將會很快成為主要的發展趨勢。
研究人員設計了一種可以對四種白細胞進行計數的非靶流式細胞技術儀,該儀器避免了過多的稀釋步驟和靶流結構。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,以及細胞質的電導率和電容率,實現對血細胞的計數和區分不同的白細胞。該方法不需要對血細胞的技術和區分不同的白細胞。
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