基于生物傳感器的微流控平臺用于病原菌的快速臨床檢測

近日，來自濟(jì)南大學(xué)的劉宏教授、周偉家教授和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王澤南副研究員團(tuán)隊(duì)，在國際期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“Biosensor-Based Microfluidic Platforms for Rapid Clinical Detection of Pathogenic Bacteria"的綜述文章，第一作者為侯瑩，劉震。該綜述總結(jié)了微流控生物傳感器（包括用于床旁檢測的微流控設(shè)備）在病原菌臨床檢測中的最新進(jìn)展。文章詳細(xì)探討了各類病原菌檢測策略，并分析了其優(yōu)勢與局限性。同時，重點(diǎn)介紹了用于捕獲和檢測病原菌的先進(jìn)微流控平臺，如微流道、微陣列、數(shù)字微流體和紙基平臺等，并總結(jié)了這些微流控設(shè)備的研究成果及存在的不足。此外，文章還列舉了基于生物傳感器的微流控設(shè)備在檢測細(xì)菌失衡相關(guān)疾病中的應(yīng)用案例。最后，對基于生物傳感器的高效微流控技術(shù)在病原菌臨床檢測中的潛在研究方向提出了展望，為未來的技術(shù)開發(fā)提供了思路。

【本文要點(diǎn)】

要點(diǎn)一：病原菌檢測的一般原理和方法

文章總結(jié)了病原菌檢測的一般原理和方法，包括依賴培養(yǎng)技術(shù)的細(xì)菌鑒定、免疫診斷、分子診斷以及單個致病菌的結(jié)構(gòu)分析和成像。深入理解這些原理和方法的優(yōu)勢和不足，并針對這些不足，借助微流控芯片與現(xiàn)有的分子生物學(xué)和免疫學(xué)檢測方法的高兼容性和無縫集成，為傳統(tǒng)的病原體檢測提供了創(chuàng)新的解決方案。

要點(diǎn)二：用于病原菌檢測的微流控生物傳感器平臺

微流控技術(shù)是一種用于輸送、混合、分離或以其他方式處理液體的綜合技術(shù)。基于該技術(shù)的微流控生物傳感器可分為兩類：基于微芯片的微流控和基于微流控紙張的分析裝置。該部分詳細(xì)剖析了近年來利用微流體技術(shù)進(jìn)行細(xì)菌捕獲和檢測的先進(jìn)平臺，包括微流道、微陣列、數(shù)字微流體和紙質(zhì)平臺。目標(biāo)是在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)快速、高通量、高度特異性和便攜式活病原體檢測系統(tǒng)。

要點(diǎn)三：用于臨床中細(xì)菌感染引發(fā)疾病診斷的微流控生物傳感器

微流控的多學(xué)科領(lǐng)域有望解決眾多挑戰(zhàn)。已生產(chǎn)出大量可批量生產(chǎn)且具有成本效益的即時檢測醫(yī)療器械。本章總結(jié)了微流控生物傳感平臺在細(xì)菌感染引發(fā)的疾病診斷方面的應(yīng)用。便攜式和超靈敏的生物傳感器，包括熒光、電化學(xué)、比色和視覺檢測方案，在臨床診斷中具有廣闊的前景。

要點(diǎn)四：總結(jié)與展望

盡管基于生物傳感器的微流控平臺在病原體檢測中的應(yīng)用前景廣闊，但仍存在一些挑戰(zhàn)。解決這些挑戰(zhàn)對于這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)際實(shí)施至關(guān)重要。

（1）傳感器穩(wěn)定性：確保生物傳感器的長期穩(wěn)定性和可重復(fù)性對于保持一致的性能至關(guān)重要。研究應(yīng)著眼于開發(fā)強(qiáng)大的傳感器材料，提高生物識別元件在各種條件下的功能穩(wěn)定性。

（2）靈敏度增強(qiáng)：雖然目前的平臺已經(jīng)證明微流控傳感器平臺可以用于多個病原體標(biāo)記物或單個細(xì)胞的檢測，但高通量、多靶點(diǎn)的檢測容易產(chǎn)生交叉污染。捕獲單元與靶標(biāo)的結(jié)合特異性也成為影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。

（3）集成和小型化：開發(fā)集成和小型化的系統(tǒng)，將樣品制備，病原體檢測和數(shù)據(jù)分析結(jié)合在一個平臺上，對于即時檢測應(yīng)用至關(guān)重要。

（4）大規(guī)模生產(chǎn)和降低成本：大規(guī)模生產(chǎn)這些平臺的可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)可行性仍然是重大障礙。應(yīng)努力優(yōu)化制造工藝和利用成本效益高的材料，使這些技術(shù)易于獲得。

（5）POCT應(yīng)用：隨著即時檢測需求的迫切，開發(fā)精確、低成本、集成化、便攜化、高靈敏度的微流控芯片成為人們?nèi)找孀非蟮哪繕?biāo)。開發(fā)簡單的手持設(shè)備和用于芯片檢測的信號傳輸方法，如藍(lán)牙傳輸和智能手機(jī)接收，是微流控芯片廣泛采用的必要條件。

（6）法規(guī)和臨床驗(yàn)證：確保法規(guī)遵從性和獲得臨床驗(yàn)證對于在臨床環(huán)境中采用這些平臺至關(guān)重要。為了滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格要求并獲得醫(yī)療保健專業(yè)人員的信任，必須進(jìn)行嚴(yán)格的測試和標(biāo)準(zhǔn)化。

（7）跨學(xué)科合作：基于生物傳感器的微流控平臺的開發(fā)需要跨多個學(xué)科的合作，包括生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)和醫(yī)學(xué)。促進(jìn)跨學(xué)科研究和促進(jìn)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和醫(yī)療保健提供者之間的合作關(guān)系將加速這些技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到臨床實(shí)踐的轉(zhuǎn)化。