POCT介绍之四(微流控技术与免疫层析)1

前言：POCT不仅仅是试纸条加上配套仪器，更是患者身边或所在地使用的基于物理量、化

学量和生物量技术体内外检测试剂、仪器和设备，是生物、纳米、计算机等多技术融合的产物。作为技术驱动型产物，目前，POCT产品正向着自动化、信息化、智能化技术平台发展。那么POCT方法具体有哪些呢？稍后的一些章节将带着大家来具体了解下POCT的发展历程

及相关产业的介绍。

六、微流控技术与免疫层析

1、微流控技术简介

微流控（Microfluidics）技术指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升10-9~10-18L）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体

物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化

等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室（Lab on a Chip）和微全

分析系统（micro-Total Analytical System）。

微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而

后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有

独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规

方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展

潜力和广泛的应用前景。在实际应用过程中，微流控可以把生物、化学、医学分析过程的样

品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一个几平方厘米的芯片上，自动完成分析

全过程，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。由于微米级的结构，流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因

此发展出独特的分析产生的性能。同时还有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低，且

反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。

2、微流控技术的发展历程

1. 20世纪90年代

Manz、Harison等人开展早期的芯片电泳研究，并提出了微-全分析系统（μ-TAS）的概念。2. 1994

Ramsy等在Manz的研究基础上，改进了芯片毛细管电泳进样方法，提高了其性能，同年，

首届μ-TAS会议在荷兰召开。

3. 1995

首家从事微流控技术的Caliper公司成立，相关企业微流控技术研发也在紧密进行。

4. 1998

Whiteside提出用PDMS制作芯片的快速模板复制法

5. 1999

HP（Agilent）和Caliper公司联合推出首台微流控芯片商品化仪器，最早应用于生物分析和

临床分析领域。

6. 2000

软光刻实现芯片上微阀、微泵。

7. 2001

创办期刊Lab on a Chip，专门用于收录微流控技术研究类文章。

8. 2002

微流控芯片大规模集成实现。

9. 2003

微流控技术被Forbes杂志列为“未来15年内影响人类最深“的发明之一。

10. 2004

微流控技术被Bussiness2.0杂志称作“改变未来的7种技术”之一。

11.2006

“器官芯片”这一技术在2016年的达沃斯论坛上入选了年度十大新兴技术之一，被誉为与新燃

料电池和无人驾驶汽车齐名的新兴技术。

Nature杂志发表了一期题为“芯片实验室”专辑，从不同角度阐述了芯片实验室的研究历史、

现状和应用前景，并在编辑部的社评中指出：芯片实验室可能成为“这一世纪的技术”。至此，芯片实验室所显示的战略性意义，已在更高层面和更大范围内被学术和产业界所认同。

国家国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中明确提出“体外诊断产品要突破微流控芯片、单分子检测等关键技术，开发全自动核酸检测系统等重大产品，研发一批重大疾病早期

诊断和精确治疗诊断试剂以及适合基层医疗机构的高精度诊断产品”。

12.2008

FDA与Emulate Inc. 签订了题为“可将Organs-on-Chips技术作为毒理学测试平台，用于对影

响人类的健康和安全的研究”的协议，这意味着，在美国，器官芯片对新药筛选的结果的得到了FDA的承认，也就是说在药物筛选阶段可以直接跳过活体动物这个环节，可直接在器官芯片上进行，这一协议也充分说明了微流控芯片以后对世界的重大影响和战略性意义。

3、微流控技术在侧向层析技术发展趋势中的位置

4、微流控技术区域研究情况分析

全球参与微流控研究的地区主要集中在北美地区（美国及加拿大）、亚洲地区（中国、日本、韩国）。从国家来看，美国在该领域的研究位居全球首位，在数量上占据优势。其次为中国、日本。随后的其他国家研究数量较少，分别为韩国、加拿大、英国、德国、法国、西班牙、

澳大利亚（见下图）。

5、研究机构情况分析

关于微流控的研究，排名前20的有企业、高校和研究机构。根据专利申请人的分析，企业研究9项，高校及研究机构共9项，其余为个人申请。

5.1、排名靠前的企业分析

总体而言，关于微流控的研究位居首位的为日本的ROHM CO公司。位居第二位的为美国的

制药和生物技术公司Caliper，主要研究微流控平台。美国的Myriad Genetics公司位居第三。排名第四位的为中国苏州汶颢芯片科技有限公司，主要产品涉及微流控芯片。其余5家公司

研究项目较少，均为5项。

微流控机构研究排名

5.2、排名靠前的科研机构分析

在微流控研究方面，科研机构包括高校及科研院所。美国加利福尼亚大学位居高校首位，排名第二的为美国哈佛大学，麻省理工学院、加州理工学院分别位居三、四名，中国的东南大学排名第五。其余2所高校为美国伊利诺伊大学、美国密歇根大学。可见高校关于微流控的研究重要集中在美国，中国高校占据一席。

3、机构合作分析

全球微流控技术研究领域的机构之间合作项目占比31.7%。合作的形式主要有高校与企业，以及高校之间的互相合作。

4、专家情况分析

1、排名靠前的专家分析

根据专利发明人的排名，如下图所示。Beer Neil Reginald参与了10项专利研究，排名第一。位居第二名的KOPF SILL Anne R.参与了9项专利研究。PARCE J. Wallace 、QUAKE Stephen R.、SHA Jun分别参与8项研究。排名前十的发明人中，最少的参与了6项研究。从数据来看，各研究者之间的研究数量相差不大。

微流控研究专家排名

5、专家合作分析

专家之间的合作较为普遍，仅有占比16%的研究为个人独立完成，其余研究均为多人合作完成，占比84%。

未完待续，敬请关注……

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