从层析荧光到微流控生物芯片

45

.

China Medical Device Information | 中国医疗器械信息

现场快速检验（Point-of-Care Test ，POCT ）是体外诊断行业增长最快的领域。被广泛使用的血糖仪即为最成功的POCT 产品，占有整个POCT 市场60%以上的份额[1]。目前市场上最有代表性的两种便携式POCT 技术是胶体金（或荧光）免疫层析技术和荧光免疫毛细技术。前一种以多家中国公司的产品为代表，后一种以美国Alere 公司的Triage 产品系列为代表。免疫层析技术起始于上世纪80年代初，而Triage 产品的

开发始于上世纪90年代，都已有了二三十年的历史[2]。近两年来，随着精准力医疗的大力推进，对精准诊断关键因素之一的医疗检测仪器的性能提出了全新的要求。在此大背景下，，生物芯片技术和微流控技术两大关键技术在医疗检测行业迅速发展。理邦m16磁敏免疫分析系统（生产单位：深圳市理邦精密仪器股份有限公司，简称理邦）是其中一个具有代表性的产品。它把微阵列生物芯片集成进了微流体器件里面。其生物芯片是一

从层析荧光到微流控生物芯片

——现场快速检验（POCT ）技术基础概述

单万水 深圳市第三人民医院 （深圳 518112）

文章编号：1006-6586(2017)07-00 中图分类号：O657 文献标识码：A

收稿日期：

2017-02-18作者简介：

单万水，教授，主任技师。广东省临床重点专科检验科主任，深圳市第三人民医院院士工作站主任，深圳市医学会检验专委会副主任委员，深圳市医师协会检验分会副会长。

内容提要： 文章对目前现场快速检验（Point-of-Care Testing ，POCT ）市场上的各种主流技术进行概述，

集中讨论POCT 市场占比最大的技术平台—免疫层析技术，根据其工作原理和制造过程，从基本的物理、化学原理出发讨论影响检测结果的主要因素，并从生产、应用层面探讨实现可靠检测的关键手段，进而针对目前精准医疗、个性化医疗的市场需求探讨POCT 技术的发展方向和最新出现的技术平台—基于生物芯片的微流控技术，最后就POCT 市场上的现有及未来技术平台进行综合分析。

关 键 词： 现场快速检验（POCT ） 免疫层析技术 微流控技术 生物芯片

From Lateral Flow Immunoassay to Microfluidic Biochip ——An Overview of Key POCT Technologies

SHAN Wan-shui The Third People’s Hospital of Shenzhen (Shenzhen 518112)Abstract:

The mainstream point-of-care test (POCT) technologies are reviewed. The lateral flow immunoassay (LFIA) technology which has

the largest market share is discussed. The key factors in LFIA’s manufacturing processes and application affecting the test results are investigated based on the physical and chemical principles governing its operation. The means to improve the manufacturing process and precautions in handling the LFIA to ensure reliable test results is explored. Two key technologies, the microfluidic device and microarray biosensor which are being adopted by new POCT assays to meet the needs for precision medicine and personalized medicine, are examined.

Key words:

POCT, lateral flow immunoassay, microfluidics, biochip

.46

中国医疗器械信息 | China Medical Device Information

个多层纳米膜结构的微阵列、是通过大规模集成电路工艺制造的。相对于传统意义上以玻璃片为基底、以荧光材料为标记物的基因芯片，m16上的生物芯片是在单晶硅片上实现的、通过量子力学现象传感的技术。其微流控技术依赖于机械机

构对被测样本和测试试剂实现精确控制。本文对层析荧光技术、毛细荧光技术和微流控生物芯片技术进行详细分析，对3个平台的技术特点进行讨论，并对它们的发展方向和应用进行探索。

1.

免疫层析技术

1.1技术原理

图1所示的是胶体金免疫层析测试卡的结构，由样品垫、胶体金结合垫、硝酸纤维素膜、吸水垫构成。其中，胶体金颗粒上修饰有检测抗体，硝酸纤维素膜上有检测线和控制线。检测时，被测样本在毛细作用下通过胶体金标记的抗体，形成抗原抗体胶体金复合物，复合物继续爬行，通过包被有捕捉抗体的检测线，形成双抗体夹心胶体金复合物，在检测线处呈现色带。过量的胶体金抗体流过检测线，在之后的控制线上形成胶体金免疫复合物，呈现色带。需要注意的是，控制

线上色带的形成与被检测物质的存在与否无关，即使样本里没有被检测的物质，控制线也会显现。这种“捕捉抗体-抗原-检测抗体-胶体金纳米颗粒标记物”复合结构被称为双抗体夹心结构，胶体金为指示标记。最典型的产品是“早早孕”试纸条。

检测线上的信号强度也即测试结果可以由公式（1）计算[3]：公式（1）：R ∝kt 2[Ab][Ag]

其中k 是一个和抗体-抗原之间亲和力有关的常数，t 是样本在反应区的驻留时间，Ab 是检测线上捕捉抗体的浓度，Ag 是被测样本中被测物质的浓度。

常数k 也和反应条件如pH 值、温度等有关系。从化学反应的角度来看，温度从25˚C 降低到15˚C ，反应速度降低50%。抗体抗原反应的最佳温度是37˚C ，一般1~2h 就可以达到峰值。如果

在4˚C 反应，达到峰值时间会长达12~24h 。所以检测过程应该尽量保持在同一个温度下进行，否则室内温度的变化会带来很大的影响。

当样本体积一定时，样本在反应区的驻留时间t 和流速成反比。流速增加一倍，信号值就降低75%。样本的流动速度可以由公式（2）计算[4]：

公式（2）：v(x) = κΔp/(μϕx)

其中κ是所用材料（这里主要指硝酸纤维素膜）的渗透率，Δp 是和毛细作用有关的拉普拉斯压力，μ是样本黏度，ϕ是材料的孔隙度，x 是位置。样本的黏度μ是影响检测物流速的重要参数。黏度越大，流速越慢，被测物质就有更多的时间和捕捉抗体进行反应，结果就更明显。换言之，即使不同的样本中被测物质浓度相同，但是结果会和样本的黏稠度有关系，测试结果可能有很大不同。

公式（2）中另一个重要参数是x ，也就是检测线的位置。x 值越小，检测线离样品垫越近，

流速也就越大，这样反应上的被测物质就越少。