《電子技術(shù)應(yīng)用》
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體外診斷新寵兒:微流控芯片

2017-05-03
關(guān)鍵詞: 微流控芯片 體外診斷

  近年來,各種新技術(shù)、新方法的興起和融合,促進(jìn)了體外診斷(IVD)儀器、試劑的開發(fā)應(yīng)用和更新?lián)Q代。根據(jù)威尼研究所的研究,中國體外診斷市場快速發(fā)展,預(yù)計(jì)將在未來的10~15年內(nèi)超過美國,成為世界上最大的體外診斷市場。

  根據(jù)工信部發(fā)布的2015國內(nèi)體外診斷(IVD)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀藍(lán)皮書數(shù)據(jù),2014年IVD市場占到國內(nèi)醫(yī)療器械市場的16%(440億元),IVD行業(yè)已成為整個醫(yī)械市場的重要增長極,中國醫(yī)藥工業(yè)信息中心更預(yù)測2019年IVD市場規(guī)模將達(dá)到723億元。

  那么,在這樣一個宏大的市場上,微流控芯片技術(shù)如何脫穎而出引領(lǐng)一個新潮流呢?

  其實(shí),在上世紀(jì)80年代納米技術(shù)革命中,微流控芯片還只是其中的一個小分支,90年代末,在研究芯片襯底的材料科學(xué)和微通道的流體移動技術(shù)得到發(fā)展后,微流控技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步,終于在體外診斷運(yùn)用方面找到突破口,重新出現(xiàn)在大眾視野,并最終成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

  微流控芯片能把化學(xué)和生物等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等一系列基本操作單元整合到一個微米尺寸的芯片上,同時,微通道形成的網(wǎng)絡(luò),能夠貫穿整個系統(tǒng),具有便攜、低能耗、易于制作、易于掌握等優(yōu)點(diǎn),易于滿足生命科學(xué)對生物樣品進(jìn)行低劑量、更高效、高靈敏、快速分離分析的需求。

  微量分析測試與儀器研制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,清華大學(xué)化學(xué)系林金明教授也認(rèn)為:微流控芯片可以構(gòu)建一種簡單便攜的裝置用于生物標(biāo)記物的檢測,從而有望未來戶外即時診斷和家庭醫(yī)療提供新的方法。須知,生物標(biāo)志物特別是蛋白質(zhì)標(biāo)志物進(jìn)行快速靈敏的檢測是臨床醫(yī)療診斷、藥物治療的一個重要依據(jù),而微流控芯片由于微型化,所需的樣品量極少(<10μL)。

  林金明教授所研究的免疫分析的滾環(huán)放大技術(shù)(immuno-RCA)是一種基于免疫分析、高靈敏的核酸放大技術(shù)。RCA可以在室溫、恒溫下進(jìn)行DNA擴(kuò)增,不需要特殊的儀器。通過免疫反應(yīng),目標(biāo)蛋白與功能性核酸配體相結(jié)合獲得一段具有催化作用的G-四鏈體。然后,通過RCA獲得一條重復(fù)序列的G-四鏈體。G四鏈體能與血紅素自組裝,在ABTS和過氧化氫作用下,產(chǎn)生不同的顏色,可用肉眼直接觀察。更為重要的是,根據(jù)線性動力學(xué)模式進(jìn)行的RCA反應(yīng)能夠直接進(jìn)行半定量分析不需要過多的標(biāo)準(zhǔn)物。因此,RCA是一種適合在芯片上進(jìn)行信號擴(kuò)增的新技術(shù),能極大地提高分析的敏感性和特異性,用于微量的生物大分子和生物標(biāo)志的檢測與研究,是未來生物芯片發(fā)展和普及使用不可缺少的檢測手段。

  僅以檢測凝血酶為例,將微流控芯片技術(shù)和功能性核酸適配體的免疫分析技術(shù)相結(jié)合,發(fā)展了一種快速簡單、高靈敏度、易于攜帶的裝置用于生物標(biāo)志物的分析。本方法在微流控芯片上平行的排列了多個微通道,并在通道上修飾具有特異性的核酸適配體目標(biāo)蛋白質(zhì)進(jìn)行的高通量、特異性捕獲和分析,降低了基質(zhì)干擾。利用滾環(huán)擴(kuò)增和G-四鏈體 DNAzyme 的作用,實(shí)現(xiàn)了信號的放大,提高分析的靈敏度,降低檢測限。同時,可以通過顏色的變化,可以通過肉眼進(jìn)行初步的判斷。


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