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免疫檢驗(yàn)專題 | 從技術(shù)革新解讀微流控技術(shù)為何大勢(shì)所趨

 文進(jìn)玲玉 2021-08-07

目前,“微流控”已成為大勢(shì)所趨,,也是現(xiàn)代POCT技術(shù)的首選,。然而,由于POCT產(chǎn)品被貼上了廉價(jià),、低成本,、定性分析的標(biāo)簽,,導(dǎo)致它的認(rèn)可度一直較低。而恰恰POCT本身的產(chǎn)品定位,,是針對(duì)急診以及部分特殊的醫(yī)學(xué)需求,,對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、操作性能要求非常高,,這種矛盾嚴(yán)重制約了POCT行業(yè)的發(fā)展。針對(duì)POCT行業(yè)的個(gè)別亂象,,首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院實(shí)驗(yàn)診斷中心主任康熙雄教授響應(yīng)道:

“我們POCT相關(guān)行業(yè)建立了室間質(zhì)量控制技術(shù)平臺(tái),,已經(jīng)免費(fèi)地開展了多次,逐步地把局面糾正過來,?!?/p>

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披荊斬棘,迎難而上

目前,,我國POCT尚處于發(fā)展初期,,整體市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家依然偏小,。隨著醫(yī)改的推進(jìn)和在基層衛(wèi)生建設(shè)中政府對(duì) POCT產(chǎn)品技術(shù)的投入,未來幾年我國POCT市場(chǎng)將保持20%以上的年復(fù)合增長率,。然而,,看似一片繁榮的POCT市場(chǎng),背后卻面臨著諸多挑戰(zhàn),。

以POCT微流控細(xì)分領(lǐng)域?yàn)槔?/p>

首先,,微流控技術(shù)涉及到醫(yī)學(xué)、生物學(xué),、化學(xué),、工程等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí),想要把每個(gè)領(lǐng)域都做精做全有一定難度,,更容易形成技術(shù)壁壘,;第二,微流控技術(shù)涉及到微流控芯片的加工,,而我國在加工業(yè)和個(gè)性化研制方面都不夠完善,;第三,產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的對(duì)接有明顯的缺口,,這也造成了從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)之間的轉(zhuǎn)化大難題,。

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那何為微流控呢?我們不妨來看看微流控概念和技術(shù)原理,、基于微流控芯片的代表性關(guān)鍵技術(shù)以及后疫情時(shí)代對(duì)微流控技術(shù)的展望,。
微流控(microfluidics)是一種精確控制和操控微尺度流體,以在微納米尺度空間中對(duì)流體進(jìn)行操控為主要特征的科學(xué)技術(shù),具有將生物,、化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室的基本功能諸如樣品制備,、反應(yīng)、分離和檢測(cè)等縮微到一個(gè)幾平方厘米芯片上的能力,,其基本特征和最大優(yōu)勢(shì)是多種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合,、規(guī)模集成。是一個(gè)涉及了工程學(xué),、物理學(xué),、化學(xué)、微加工和生物工程等領(lǐng)域的交叉學(xué)科,。微流控是系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù),,它使用幾十到幾百微米尺度的管道,處理或操控很少量的流體,,為分析提供了許多有用的功能:使用非常少的樣本和試劑做出高精度和高敏感度的分離和檢測(cè),,費(fèi)用低,分析時(shí)間短,,分析設(shè)備的印記小,。而微流控既利用了它最明顯的特征——尺寸小,也利用了不太明顯的微通道流體的特點(diǎn),,比如層流,,本質(zhì)上提供了在空間和時(shí)間上集中控制分子的能力。

基于以上原因,,微流控芯片的代表性關(guān)鍵技術(shù)包括:1,、微流控分析芯片是新一代床旁診斷(Point of Care Testing,POCT )主流技術(shù),,可直接在被檢對(duì)象身邊提供快捷有效的生化指標(biāo),,使現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、診斷,、治療成為一個(gè)連續(xù)的過程,;2、微流控反應(yīng)芯片以液滴為代表,,是迄今為止最重要的微反應(yīng)器,,在高通量藥物篩選,單細(xì)胞測(cè)序等領(lǐng)域顯示了巨大的威力,;3,、微流控細(xì)胞/器官操控芯片是哺乳動(dòng)物細(xì)胞及其微環(huán)境操控最重要技術(shù)平臺(tái),渴望部分代替小白鼠等動(dòng)物模型,,用于驗(yàn)證候選藥物,,開展藥物毒理和藥理作用研究,。

后疫情時(shí)代,微流控大放異彩

后疫情時(shí)代,,微流控技術(shù)的展望體現(xiàn)在分子POCT微流控技術(shù)的應(yīng)用,,產(chǎn)品和技術(shù)沒有固化,PCR,、等溫?cái)U(kuò)增,、單檢、多重,、通道設(shè),、試劑封裝等環(huán)節(jié)因素,對(duì)于IVD企業(yè)的研發(fā)系統(tǒng)都是一道道不可逾越的鴻溝,。真正的微流控應(yīng)該通過操控流體在不同的腔室進(jìn)行反應(yīng),,從而實(shí)現(xiàn)POCT產(chǎn)品跟實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)一樣的性能水平。此外,,極致小巧輕便的微流控才能更凸顯它的設(shè)計(jì)和優(yōu)勢(shì),,更輕薄意味著更少的材料和運(yùn)輸保存的成本。
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在2021創(chuàng)之聲“微流控檢測(cè)技術(shù)”專題論壇上,,專家學(xué)者們積極探討POCT市場(chǎng)規(guī)模,、行業(yè)亂象及微流控發(fā)展的難題。經(jīng)過二十多年的發(fā)展,,中國的POCT技術(shù)經(jīng)歷了從第一代“定性”,,第二代“手工半定量”,第三代“手工定量”,,一直到第四代“半自動(dòng)定量”的發(fā)展歷程。相信不久的將來,,第五代“智能全自動(dòng)定量”的技術(shù)將會(huì)更好的促進(jìn)POCT行業(yè)發(fā)展,。
微流控作為POCT新貴,精準(zhǔn)助力即時(shí)檢驗(yàn)醫(yī)療,。以中國創(chuàng)新性干式血?dú)馍治鰞x和全球革新性的磁敏免疫分析儀為例,,這是理邦(SHE:300206)研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于微流控技術(shù)平臺(tái)開發(fā)的精準(zhǔn)POCT檢測(cè)設(shè)備,在全國乃至全球市場(chǎng)均得到了高端醫(yī)療用戶的肯定,。正如與會(huì)專家所倡導(dǎo)般,,微流控已成為體外診斷最前沿的檢測(cè)技術(shù),而微流控芯片則是實(shí)現(xiàn)診斷的有利技術(shù)平臺(tái),。理邦的技術(shù)革新不僅使得POCT產(chǎn)品的檢測(cè)精準(zhǔn)度與實(shí)驗(yàn)室大型診斷設(shè)備相媲美,,而且使得更多復(fù)雜的標(biāo)志物檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。
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m16磁敏免疫分析儀集目前最先進(jìn)的三大技術(shù)——智能微流控技術(shù),、生物芯片技術(shù),、納米材料技術(shù)于一體,,應(yīng)用的是真正意義上的主動(dòng)式智能微流控,控制參與反應(yīng)的各種試劑的溫度,、流量,、流速、流向,、反應(yīng)時(shí)間,,檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn);微陣列生物芯片可用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)校準(zhǔn),,修正批間差,、運(yùn)輸及儲(chǔ)存條件變化、測(cè)試環(huán)境不同所引起的差異,,實(shí)現(xiàn)靈敏度,、精密度的明顯提高;以納米磁顆粒為標(biāo)記物的GMR生物芯片檢測(cè)技術(shù),,具有極高的靈敏度,,可實(shí)現(xiàn)單個(gè)生物分子的檢測(cè)。

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i15血?dú)馍治鰞x的測(cè)試卡則應(yīng)用了微型傳感器技術(shù)和微流控技術(shù),,對(duì)測(cè)量的指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),,而微流控技術(shù)就是用來精準(zhǔn)地控制流體,從而控制反應(yīng)的整個(gè)過程,,比如對(duì)傳感器進(jìn)行精確的標(biāo)定,,然后對(duì)測(cè)量的樣本進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)樣,最后精準(zhǔn)地把它傳輸?shù)絺鞲衅鞯谋砻孢M(jìn)行檢測(cè),。

重慶醫(yī)科大學(xué)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院院長周欽認(rèn)為應(yīng)該把微流控技術(shù)作為檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)教育未來的重要發(fā)展方向來打造,,并衷心希望重慶醫(yī)科大學(xué)將以POCT為主要的抓手,推動(dòng)中國的快速診斷教育事業(yè)的發(fā)展,。
星星之火,,可以燎原。以微流控技術(shù)為契機(jī),,相信IVD事業(yè)將普惠萬家之愿景,,必定流年笑擲,未來可期,。

參考文獻(xiàn)資料:

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