微流控芯片体外诊断
体外诊断试剂研究报告
体外诊断试剂研究报告
体外诊断试剂是一种在体外用于检测和诊断疾病的化学试剂。
这些试剂通常用于测量和分析人体液，如血液、尿液和唾液中的特定分子，从而确定疾病的存在和严重程度。
体外诊断试剂的研究旨在开发更准确、快速和可靠的诊断方法，以帮助医生准确诊断疾病、监测疾病进展和评估治疗效果。
近年来，体外诊断试剂的研究取得了很大的进展，特别是在分子诊断领域。
研究中，常用的方法包括免疫测定法、核酸分析方法和生化分析方法。
免疫测定法是利用特定的抗体与目标分子结合来测定其存在量，包括酶联免疫吸附试验（ELISA）、免疫荧光法和
免疫化学发光法等。
核酸分析方法是利用特定的引物和探针来扩增和检测目标DNA或RNA序列，包括聚合酶链反应（PCR）和核酸杂交法等。
生化分析方法是利用特定的酶或化学试剂来测定目标分子的浓度或活性，包括生化测定法和酶活性测定法等。
体外诊断试剂的研究还涉及到新技术的开发和应用，如微流控技术、纳米技术和生物芯片技术等。
这些新技术可以提高检测灵敏度、减少样本需求量和缩短检测时间，从而提高诊断的准确性和效率。
总的来说，体外诊断试剂的研究报告主要包括对新试剂的开发和性能评价、疾病诊断方法的改进和优化、新技术的应用和发
展等内容。
这些研究对于促进医学诊断技术的进步和实现个体化医疗具有重要意义。
微流控技术在分子诊断上的应用
文章编号：1671-7104(2020)06-0520-05王超，张东锋，杨柳青，刘耀基，吴玥安图实验仪器（郑州）有限公司仪器研发中心，郑州市，450000近些年来，分子诊断由于其灵敏度高、特异性强等特点已经成为体外诊断行业最具发展潜力的分支领域。
然而采用宏观的工具进行分子水平的研究往往存在很大限制。
微流控平台可以在微观尺度上实现对流体的精准操控，具备样本消耗少、反应时间短、容易集成等优势，故而被广泛应用于分子诊断的研究。
微流控不仅在方法学上促进了分子诊断的发展，同时也成为分子诊断仪器自动化、集成化的核心技术。
该文介绍微流控在分子诊断试剂方法学及相关仪器的应用现状，并对其发展限制进行分析。
分子诊断；微流控；PCR ；基因测序R440Adoi: 10.3969/j.issn.1671-7104.2020.06.011WANG Chao, ZHANG Dongfeng, YANG Liuqing, LIU Yaoji, WU YueAutobio Labtec Instruments Co., Ltd, Zhengzhou, 450000In recent years, molecular diagnostics has been the most promising branch of in vitro diagnosis(IVD)due to its high sensitivity and specificity. However, it ’s not suitable for the research of molecule withmacroscopic tools. Microfluidics can achieve precise control of micro-fluid and has been widely applied in molecular diagnostics because of its advantages such as lower sample consumption, shorter reaction time, and easier to integrate. Molecular diagnostics has made great development in methodology and automatic integration based on microfluidics. In this paper, we introduce the applications of microfluidics in molecular diagnostics and analysis the challenges of it.molecular diagnositics, microfluidics, PCR, gene sequencing微流控技术在分子诊断上的应用【作 者】【摘 要】【关 键 词】【中图分类号】【文献标志码】【 Writers 】【 Abstract 】【Key words 】Application of Microfluidics in Molecular Diagnostics作者简介：王超，E-mail:********************.cn0 引言分子诊断是指在分子水平上对患者个体或其携带的外源性病原体的核酸、蛋白变化进行检测以评估患者健康状况的诊断方法。
基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器
基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器王倩倩;钱海洋;宋雪飞;程雷;李华明;李炳南;高荣科【摘要】为满足即时检验(point-of-care testing,POCT)在基层和个性化诊疗使用需求,开发了一种免泵式微流控芯片和电化学检测生物医学传感器系统,配合免疫传感器完成了对过氧化氢和前列腺癌标志物的快速检测.系统利用改性处理后聚二甲基硅氧烷芯片通道内毛细作用力,自泵式完成待测试剂混合和流动,采用微型便携式检测设备控制输入信号并通过微电流检测电路设计读取传感器上电流信号,实现快速自动化检测.实验验证了三电极检测电路输出电位稳定,误差不超过1％;通过对双氧水浓度检测实验证明了该检测体系对浓度变化电流动态响应特性良好,输出稳定;检测系统配合生物传感器对前列腺特异性抗原浓度进行定量检测,检测限为1ng/mL.据我们所知,这是首次利用电化学免泵微流控传感器进行前列腺抗原的检测,本体系结构简单,操作简便,系统有望与多种电化学传感器结合用于多种检测物质的快速智能化POCT检测.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)029【总页数】7页(P91-97)【关键词】即时检测;免泵;微流控芯片;电化学传感器;前列腺特异性抗原【作者】王倩倩;钱海洋;宋雪飞;程雷;李华明;李炳南;高荣科【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;上海曲阳医院,上海2000092;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TP212.3即时检验(point-of-care testing，POCT)作为体外诊断行业一个重要的发展领域，优化了传统实验室诊断周转时间长，标本鉴定复杂、检测仪器操作烦冗等问题，大大降低了诊断时间和综合成本[1]，目前被广泛研究应用于医院科室、海关检验检疫、食品安全检测等领域[2]。
1063期-1：【科普】全球体外诊断（IVD）市场（58~63）
1063期-1：【科普】全球体外诊断（IVD）市场（58~63）第八章：分子检测概述分子诊断在临床医学方面正在成为一个占主导地位的平台并且代表诊断市场一个增长最快的部分。
它的出现完全是从研究走到临床试验。
现在仪器自动化很多的样品制备和分析步骤,这些在过去都是劳动密集型的。
新的测试正在启动。
许多分子测试都是CE标志和FDA准入的，还有很多正在发展之中。
分子技术在临床医学的应用已在世界各地得到了广泛的关注。
他们已经在诊断系统留下了印记,并将在接下来的5年里继续这样做。
在过去的几年里活动的数量是不错的，显示行业正在向测试,技术和能够支持基于分子的病人护理的基础设施工具方向发展,尽管仍有足够多的障碍和挑战需要克服。
分子诊断市场的主要增长动力,是持续发现的证明临床实用性的遗传标记,越来越多的采用基于遗传的诊断测试,和报销的扩张计划,包括更多的诊断测试的批准。
最具吸引力的增长领域是组织学分析的分子测试,女性健康,传染性疾病、器官移植测试和肿瘤。
在技术方面这个市场的一个主要的驱动力是技术进步带来的新测试和技术。
虽然PCR是一种标准技术用于进行扩增反应,该方法却非常复杂,由于需要多次热循环和冷却,在这个过程中,它会消耗更多的能量。
作为替代PCR的方法,等温核酸扩增避免了重复变性的需要，及在等温条件下放大反应的发生时冷却。
这极大地改善了进行分子诊断的微流控芯片的设计。
大多数的微流体装置采用等温核酸扩增方法是在研发阶段。
预计增加的小型化的核酸诊断将促进市场的发展。
等温的关键供应商是Eiken,Becton,Dickson and Co.bioMerieux s.a.Novartis International AG, and Quidel Corp。
分子诊断行业也经历了一个快速转向增加样本分析的自动化的过程和在单一的小型设备上集成的样本分析。
小型化提供了减少样品体积的机会,使最终用户能够自动化和分析样本。
医疗保健服务的重大变化预示着一个诊断测试新时代需求的开始。
ivd微流控原理
ivd微流控原理IVD微流控原理引言：近年来，随着生物医学技术的快速发展，微流控技术在体外诊断（IVD）领域中得到了广泛应用。
IVD微流控原理是利用微流控芯片对样品进行精确控制和操作，实现快速、高效、灵敏的生物分析和诊断。
本文将介绍IVD微流控原理的基本概念、工作原理以及应用前景。
一、IVD微流控原理的基本概念IVD微流控原理是一种基于微流体力学的技术，通过微流控芯片对样品进行精确的流动控制和操作。
微流控芯片是一个由微米级通道和微阀组成的微型实验室，可以对样品进行分离、混合、传感和检测。
IVD微流控原理的关键在于对微流控芯片中的流体进行精确的控制和操纵，以实现高效的生物分析和诊断。
二、IVD微流控原理的工作原理IVD微流控原理的工作原理包括样品输入、流体控制和信号检测三个关键步骤。
1. 样品输入样品可以是血液、尿液、唾液等生物样本，首先需要将样品输入到微流控芯片中。
常用的方法有直接输入、电泳输入和压力输入等。
样品输入的关键是要保证样品能够均匀地流过微流控芯片的通道，以保证后续的流体控制和信号检测的准确性。
2. 流体控制在微流控芯片中，流体控制是实现IVD微流控原理的核心步骤。
通过微阀控制流体的流动方向和速度，实现对样品的混合、分离和传感。
微阀可以通过外部施加压力或电场来控制，从而实现对流体的精确控制。
3. 信号检测在流体控制的过程中，样品的特定成分或生物标志物会发生相应的变化。
通过对这些变化进行检测和分析，可以实现对样品的生物分析和诊断。
常用的信号检测方法有光学检测、电化学检测和质谱检测等。
这些检测方法可以通过微流控芯片上的传感器或检测单元来实现。
三、IVD微流控原理的应用前景IVD微流控原理在临床诊断、生物分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景。
1. 临床诊断IVD微流控原理可以实现对血液、尿液等生物样本中特定成分的快速、高效检测，有助于临床诊断的准确性和敏感性的提高。
例如，可以利用IVD微流控原理对肿瘤标志物、病毒感染标志物等进行检测，以实现早期诊断和个体化治疗。
POCT介绍之四（微流控技术与免疫层析）1
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。
一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器[实用新型专利]
![一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7e5703b3d5d8d15abe23482fb4daa58da0111cd8.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820621664.3(22)申请日 2018.04.27(73)专利权人 广州万孚生物技术股份有限公司地址 510663 广东省广州市萝岗区科学城荔枝山路8号(72)发明人 蒙玄 万惠芳 胡海升 李文美 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限公司 44202代理人 王会龙(51)Int.Cl.G01N 33/50(2006.01)B01L 3/00(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器(57)摘要本实用新型公开了一种微流控芯片，其包括芯片主体、以及设置在所述芯片主体上的进样口、液体驱动力入口、主流体通道和多个功能腔室。
本实用新型的微流控芯片通过特定的液体定量腔室来实现液体的识别定位和定量，降低了芯片的制作工艺难度，提高了定量的准确性。
本实用新型还公开了具有该微流控芯片的分析仪器。
权利要求书2页 说明书14页 附图2页CN 208224274 U 2018.12.11C N 208224274U1.一种微流控芯片，其特征在于，包括芯片主体、以及设置在所述芯片主体上的进样口、液体驱动力入口、主流体通道和多个功能腔室；所述主流体通道连通所述多个功能腔室，所述进样口和所述液体驱动力入口分别与所述主流体通道连通，所述液体驱动力入口用于连接液体驱动装置以驱动液体流入或流出功能腔室；所述多个功能腔室中的至少一个为液体定量腔室；所述液体定量腔室具有预定的容积，且在液体定量腔室的出液口处设置有液体识别位点，需定量的液体从所述液体定量腔室的进液口流入所述液体定量腔室，充满所述液体定量腔室后到达所述出液口。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体定量腔室包括试剂定量腔室，所述试剂定量腔室的进液口与试剂支通道的一端连通，所述试剂支通道的另一端与试剂入口连通。
博晖微流控全自动核酸检测系统HPV
注塑八连排管座 八连排管
芯片特点
检测HPV24种亚型 18+6 利用磁珠法进行核酸（DNA）提取 最大样本量：24，最小4 加入样本后，无需操作人员进行任何后续工作 检测过程：~4小时
• • • 提取时间：~45 min PCR: 120 min 反向杂交：45 min 数据读取，加液 ~30 min
易
样品码自动识别
样品管上的条形码可被 芯片控制仪自动识别， 连接医院LIS系统
历经十年研发
中美联合，从样机到产 品，十年研发。
操作简单方便
No.1
操作者无需再面临进行 分子检测时对条件与人 员的苛刻要求。
联
系统三大特点
全自动
全封闭
质控完善
微流控全自动核酸检测系统组成
试剂盒
Encompass MDx 控制器
预警灯
加样泵、摄像头
用户操作界面
试剂盒枪头放置区
芯微流体芯片上如何实现分子检测的主要过程
实验室功能
扩增产物分析区
样品准备区
扩增区
芯片上有三个工作区
1. 2. 3.
核酸提取和纯化 PCR扩增 反向杂交（终点检测，24个基因亚型）
芯片体示意图
观察窗 双面胶 （观察窗） 注塑芯片 膜 双面胶 （八连排管座）
用SP点控制显色反应 用球蛋白显色点控制核酸提取和PCR扩增过程 用多个球蛋白探针来估算样本细胞含量
结果的判读
4xHPV11, 16. GB, SP GB, SP HPV83, 82. 81, 73, 4xGB, 4xSP
DNA芯片与微流体芯片产品的一体化
博晖HPV微流控芯片检测产品将传统的DNA矩阵整合到微流控 芯片中
微流控市场，理邦、微点、岚煜、华迈兴微等13大主流品牌盘点！
微流控市场，理邦、微点、岚煜、华迈兴微等13大主流品牌盘点！微流控，21世纪革命性的科学技术，已经被广泛应用于体外诊断行业的各类场景，比如生化、发光、分子诊断等领域，而且已成为当下POCT新技术平台的优先首选。
作为IVD行业人，今天我们就来一起盘点这项技术的国内代表品牌。
微流控芯片微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，是利用MEMS技术将一个大型实验室系统缩微在一个玻璃或塑料基板上，从而复制复杂的生物学和化学反应全过程，快速自动地完成实验。
微流控芯片有着强大的集成性，可以同时大量平行处理样品，具有灵敏度高、效率高、试剂消耗量低、环境污染小等特点，便于携带和现场快速检测，可以实现复杂的体外诊断流程自动化，实现快速分析和诊断的优势，广泛应用于临床检验医学、生物化学和分子生物学等领域。
技术分类在产业化中，微流控一般分为以下几大类型：压力推动式微流控、离心力推动式微流控、液滴微流控、数字化微流控、毛细力驱动微流控等。
压力推动式微流控主要利用气压或者液压来推动流体在芯片中的运动，在微流控产业化中出现的最多，像赛沛的GeneXpert、生物梅里埃的filmarray、罗氏诊断的cobas Liat、Atlas Genetics的io、博晖创新的HPV分子诊断全自动分析仪、华迈兴微的M2微型化学发光分析系统、理邦仪器的m16等。
离心微流控是利用离心力来实现微流控芯片中的芯片的推动，在微流控产业中也占据着重要地位，产品诸如美国爱贝斯（Abaxis）Piccolo Xpress即时生化检测仪GenePOC、三星的LABGEO POC Testing、天津微纳芯科技的pointcare M、杭州霆科生物的微流控芯片农残速测仪、博奥晶典的恒温扩增微流控碟式芯片检测平台等。
数字化微流控和液滴微流控都是在微流控芯片中对液滴的操控，但是数字化微流控一般特指是电浸润法（EWOD）控制液滴的运动，典型产品是GenMark。
基于微流控技术的体外多参数快速诊断POCT系统的设计
第３１卷第５期２０１８年５月传感技术学报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳＶｏｌ ３１㊀Ｎｏ ５Ｍａｙ２０１８项目来源:浙江省重大科技专项(２０１７Ｃ０３０３２)收稿日期:２０１７－０６－０６㊀㊀修改日期:２０１８－０１－１０Ｍｕｌｔｉ￣ＰａｒａｍｅｔｅｒＰｏｉｎｔｏｆＣａｒｅＴｅｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭｉｃｒｏ￣ＮａｎｏＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ∗ＷＡＮＧＴｉａｎｘｉｎｇꎬＺＨＯＮＧＬｏｎｇｊｉｅꎬＳＵＫａｉｑｉꎬＱＩＮＺｈｅｎꎬＨＵＮｉｎｇꎬＷＡＮＧＰｉｎｇ∗(ＢｉｏｓｅｎｓｏｒＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙꎬＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒｙꎬＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００２７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｓｉｎｇｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｉｎ￣ｖｉｔｒｏｒａｐｉｄｄｉａｇ￣ｎｏｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍꎬａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｒａｐｉｄｉｎ￣ｖｉｔｒｏｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉ￣ｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃａｎｄｍｉｃｒｏ￣ｎａｎｏｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ:ｔｈｅｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎꎬｔｈｅｍｉｃｒｏ￣ｎａｎｏｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｔｉ￣ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｍｕｌｔｉ￣ｃｈａｎｎｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅꎬｔｈｅｗｅａｋｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇｓｉｇｎａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎ￣ｖｉｔｒｏｒａｐｉｄｄｉａｇｎｏｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ.Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙꎬｇｏｏｄａｎｔｉ￣ｊａｍｍｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍ￣ｅｔｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｂａｓｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｒａｐｉｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｔｅｓｔｅｄｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｔｅｓｔａｎｄｃｌｉｎｉｃａｌｂｌｏｏｄ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎ￣ｖｉｔｒｏｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｒａｐｉｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｌｏｏｄｇｌｕｃｏｓｅꎬｆｏｕｒｉｔｅｍｓｏｆｂｌｏｏｄｌｉｐｉｄｓꎬｕｒｉｃａｃｉｄꎬｂｌｏｏｄｋｅｔｏｎｅａｎｄｍａｎｙｏｔｈｅｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓꎬｗｉｔｈｆａｓｔａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬｗｈｉｃｈｍａｙｐｒｏｖｉｄｅａｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｂａｓｉｃｍｅｄｉｃａｌｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｃｒｏ￣ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓꎻｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓꎻｂｉｏｓｅｎｓｏｒꎻｐｏｉｎｔｏｆｃａｒｅｔｅｓｔｉｎｇ(ＰＯＣＴ)ꎻｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ㊀ＥＥＡＣＣ:７２３０㊀㊀㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－１６９９.２０１８.０５.０２４基于微流控技术的体外多参数快速诊断ＰＯＣＴ系统的设计∗王天星ꎬ钟隆洁ꎬ苏凯麒ꎬ秦㊀臻ꎬ胡㊀宁ꎬ王㊀平∗(浙江大学生物传感器国家专业实验室ꎬ生物医学工程教育部重点实验室ꎬ生仪学院ꎬ杭州３１００２７)摘㊀要:针对传统的体外快速诊断系统(ＰＯＣＴ)精度低㊁参数单一等问题ꎬ设计了一种基于微纳传感结合微流控技术的多参数体外快速诊断ＰＯＣＴ系统ꎮ本文研究了传感器与微流控芯片的制备工艺㊁传感器微弱信号的采集与提取㊁多通道参考电极的多维度抗干扰校正算法以及多参数ＰＯＣＴ系统的优化设计ꎬ保证了ＰＯＣＴ系统具有检测精度高㊁抗干扰性能好㊁多参数集成等特点ꎮ通过系统测试和临床实际样本的基本性能测试ꎬ实验结果表明ꎬ本文提出的多参数体外诊断快速检测ＰＯＣＴ系统能够综合检测血糖㊁血酮等多项指标ꎬ具备快速ꎬ精确ꎬ多参数测量的特点ꎬ将为基层医疗机构的生化指标检测提供一种新型实用的技术和仪器ꎮ关键词:微纳传感技术ꎻ微流控ꎻ生物传感器ꎻ床旁检测ꎻ多参数分析系统中图分类号:Ｒ３１８㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００４－１６９９(２０１８)０５－０７９７－０６㊀㊀伴随世界性的城市工业化和现代化ꎬ全球慢性患病率正呈快速上升趋势ꎬ慢性病患者数量日益增多ꎬ对全球范围人群的健康产生巨大影响ꎮ单以慢性病中最常见的糖尿病为例ꎬ根据２０１５年国际糖尿病联盟(ＩＤＦ)年鉴报告(参考文献:２０１５ＩＤＦＤＩＡＢＥＴＥＳＡＴＬＡＳ)ꎬ全球糖尿病人群已高达４.１５亿ꎬ预计到传㊀感㊀技㊀术㊀学㊀报ｗｗｗ.ｃｈｉｎａｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ.ｃｏｍ第３１卷２０４０年ꎬ全球糖尿病人群将达到６.４２亿[１]ꎮ糖尿病的主要危害是长期高血糖引起的慢性并发症ꎬ包括动脉粥样硬化性心血管病变㊁糖尿病肾病㊁足病㊁眼病等ꎬ导致糖尿病患者致死致残[２]ꎮ糖尿病人群患有超重或肥胖㊁高血压㊁血脂异常㊁高尿酸血症等心血管危险因素的显著比例高于普通人群ꎮ实际上糖尿病患者发生心血管病变有多重危险因素ꎬ依次为低密度脂蛋白胆固醇(ＬＤＬ￣Ｃ)升高㊁高密度脂蛋白胆固醇(ＨＤＬ￣Ｃ)降低㊁糖化血红蛋白(ＨｂＡ１ｃ)升高㊁高血压和吸烟等ꎮ研究结果显示[３]:不患有血脂异常及高血压的单纯糖尿病患者之比例不足三分之一ꎬ三分之二以上的糖尿病患者都至少患有高血压及血脂异常中的一种ꎮ如可联合血糖㊁血脂㊁尿酸㊁血酮等快速检测指标ꎬ对于患者早期发现代谢异常㊁及时干预并监测代谢指标非常重要ꎮ而多种指标快速联合检测的技术为临床实验室进入基层社区医院㊁甚至实现家庭化的现场和床旁检验创造了条件ꎬ同时为通过互联网进行大数据医疗诊断提供了技术手段ꎬ使得包括检查检验在内的医疗资源高度融合与信息共享ꎬ也为慢病实现三级诊疗㊁促进不同级别和类别医疗机构间的有序转诊打下基础ꎮ图１㊀毛细作用驱动的微流控通道技术原理便携型体外诊断产品的发展经历了第１代定性检测(试条试纸)[４－５]ꎻ第２代半定量(色板卡比色或半定量仪器阅读)[６－７]ꎻ第３代全定量系统(较少的手工操作)[８]ꎻ第４代产品往自动化㊁智能化㊁网络化㊁多参数㊁高精度㊁快速㊁微量样本等方向发展ꎮ第一㊁二代的便携型体外诊断产品常用于非专业的家庭㊁个人健康保健ꎬ而第３代㊁第４代产品ꎬ将用于医院门急诊㊁社区医疗的定量检测ꎮ早期的便携型体外诊断产品发展始于２０世纪中期ꎬ主要是以干化学试纸检测血糖及尿糖ꎮ此后免疫层析和斑点金免疫渗滤等免疫测定技术推动了感染性疾病㊁心脏标志物等便携型体外诊断产品技术发展ꎮ基于微流控技术的生物传感器的出现对便携型体外诊断产品是一个重大转折ꎬ后续体外诊断产品小型化㊁多参数㊁高精度发展将进入快车道ꎬ可解决人们对质量问题的困忧ꎬ且可实现测试耗用样本微量化以及多参数同步检测等临床需求ꎮ由于生物反应的特点ꎬ多种因素会影响产品的精度ꎬ包括生物敏感试剂的选择ꎬ电极敏感材料的选择㊁原物料性能的波动㊁生产过程的控制㊁生产环境的变化㊁样本内外源物质的干扰㊁操作影响因素等ꎬ例如:血样的红细胞压积(Ｈｅｍａｔｏｃｒｉｔ)影响着血液的粘度和流量及其运输氧气的能力㊁血样的扩散速度㊁物质在细胞间的扩散速度等等ꎬ以及一些内外源物质的干扰ꎬ显著影响测试结果的准确度[９]ꎻ另外ꎬ不同的电极材料和不同的生物敏感试剂的匹配度直接影响产品的灵敏度㊁线性㊁稳定性ꎬ这也是直接制约开发多参数ＰＯＣＴ的技术障碍之一[１０]ꎻ还有ꎬ原物料的选择和控制㊁生产工艺的搭建和控制ꎬ是保证生产质量稳定㊁产品精度良好的关键ꎮ因此ꎬ当前国产体外诊断即时检测产品测试精度偏低㊁测试项目单一㊁性能不稳定是制约国内体外诊断即时检测产业发展的关键因素ꎮ本论文基于毛细驱动的微流控和微纳传感技术ꎬ结合电分析化学㊁光化学㊁生物传感器技术ꎬ开发了一种高精度㊁多参数的ＰＯＣＴ集成系统ꎬ从而能够用于慢性病生化指标的多参数联合检测ꎮ１㊀原理和方法１.１㊀毛细作用驱动的微流控通道技术原理和结构设计微流控(Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ)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(体积为纳升到皮升)的系统所涉及的科学和技术ꎬ是一门涉及化学㊁流体物理㊁微电子㊁新材料㊁生物学和生物医学工程的新兴交叉学科ꎮ因为具有微型化㊁集成化等特征ꎬ微流控装置通常被称为微流控芯片ꎬ也被称为芯片实验室(ＬａｂｏｎａＣｈｉｐ)和微全分析系统(Ｍｉｃｒｏ￣ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｔｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ)ꎮ为了进一步提高测量精密度和一致性ꎬ我们采取电化学原理的生物传感器设计基于毛细作用驱动的微流控通道加工技术ꎬ通过对亲水材料电极的选择㊁通道的精密微加工㊁以及运用微流控模型理论推算的孔道设计ꎬ保证产品进样㊁生产加工和测试的稳定性ꎬ保证产品的准确可靠ꎮ其毛细作用驱动的微流控通道技术原理如图１所示ꎮ８９７第５期王天星ꎬ钟隆洁等:基于微流控技术的体外多参数快速诊断ＰＯＣＴ系统的设计㊀㊀在电化学和光化学技术基础上ꎬ融合微流控技术ꎬ采用复杂的算法校正ꎬ如空白值校正和相同测试环境下的标准曲线校正ꎬ可以有效降低内外源物质ꎬ血液中红细胞ꎬ温湿度等系列干扰ꎬ从而使产品测试精度获得极大的提升ꎮ以血糖检测为例ꎬ血样的红细胞压积(Ｈｃｔ)影响着血液的粘度和流量及其运输氧气的能力㊁血样的扩散速度㊁物质在细胞间的扩散速度等等ꎬ以及一些干扰物质的干扰ꎬ显著影响测试结果ꎮ本文利用微流控技术ꎬ在芯片上集成了微通道ꎬ试样预处理㊁反应及检测等装置ꎬ同时结合多电极技术ꎬ成功消除了一些常见干扰物的干扰和红细胞压积的影响ꎬ解决ＰＯＣＴ产品在临床应用中的问题ꎬ最少仅需０.５μＬ样本量即可完成测试ꎮ图２㊀集成有试样预处理装置和探测单元的测试芯片结构示意图测试时ꎬ样本自试样引入微通道引入测试芯片后ꎬ首先通过上游红细胞压积探测单元ꎬ把试样的Ｈｃｔ数据传递到仪器中ꎬ然后流经试样预处理单元ꎬ消除干扰物质的干扰后继续流入下游试样反应区ꎬ经过一系列酶促反应及电极反应后转化为电信号ꎬ该信号被检测电极检测ꎬ仪器对得到的多个信号进行一系列的计算校正后最终得出准确的测试值ꎬ整个过程仅需２ｍｉｎ~３ｍｉｎꎬ达到快速检测的目的ꎮ１.２㊀生物敏感试剂反应原理和多聚物３Ｄ骨架酶固定化和分子交互结晶成型技术本论文采用电化学检测方法对疾病指标进行检测ꎮ各指标的检测反应原理如图３所示ꎮ利用一些多聚物特有的３Ｄ骨架结构(如图４(ａ)和图４(ｂ)的多聚物纤维结构)ꎬ把反应酶固定到其骨架结构上ꎬ其较大的表面积可以提高酶的反应效率㊁储存稳定性ꎻ３Ｄ骨架结构能允许反应分子的自由扩散ꎬ但其微孔结构又能有效把红细胞等可能干扰反应的大颗粒排除在外ꎬ减少干扰提高检测的准确度ꎮ分子交互结晶成型是指两种不同的晶体彼此之间以一定的结晶学取向关系交互连生ꎬ或一种晶体嵌生于另一种晶体中的现象ꎮ利用分子间的相互作用ꎬ图５(ｂ)是利用分子交互结晶成型技术的结晶形态比图５(ａ)中常规试剂的结晶更加均匀ꎬ使产品一致性更好ꎬ测试精度更高ꎮ图３㊀各种试剂反应原理图４㊀多聚物３Ｄ骨架结构图５㊀结晶形态２.３㊀多参数体外快速诊断系统ＰＯＣＴ设计通常血糖检测范围为０.６ｍｍｏｌ/Ｌ~３３.３ｍｍｏｌ/Ｌꎬ总胆固醇的检测范围２.６ｍｍｏｌ/Ｌ~１１.７ｍｍｏｌ/Ｌꎬ尿酸的检测范围为１８１μｍｏｌ/Ｌ~１１８１μｍｏｌ/Ｌꎬ血酮(β－羟丁酸)的检测范围为０~８.０ｍｍｏｌ/Ｌꎬ４个指标的检测浓度范围差别非常大ꎬ反应的灵敏度要求差异大ꎬ对检测仪器不同量程的检测精度要求高ꎻ另一方面ꎬ如总胆固醇ꎬ需要多酶级联反应ꎬ反应弱而且慢ꎬ灵敏度低ꎬ如血酮ꎬ其酶促反应和电化学反应很难匹配ꎬ反应信号差ꎬ灵敏度低ꎬ而尿酸ꎬ因其浓度低ꎬ对灵敏度要求高ꎮ９９７传㊀感㊀技㊀术㊀学㊀报ｗｗｗ.ｃｈｉｎａｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ.ｃｏｍ第３１卷因为溶出电流微弱(通常在ｎＡ~μＡ级别)ꎬ在进行检测电路总体设计时ꎬ需要保证高增益㊁低噪声和低失真特性ꎻ此外ꎬ由电极/溶液构成的电化学体系等效电路相对比较复杂ꎬ在保证检测电路具有高增益㊁低失真的同时ꎬ还应保证足够的相位裕度ꎬ避免电路不稳定甚至自激现象的发生ꎮ图６是硬件系统的整体结构图ꎮ如图ꎬ硬件系统主要分为电化学检测电路㊁电源模块和无线模块三部分ꎮ图６㊀仪器的硬件系统整体结构图㊀㊀在三电极检测过程中ꎬ参比电极与工作电极信号微弱ꎬ需要避免引入外部噪声ꎮ传统电路中多采用无源屏蔽方法ꎬ即引入同轴电缆或其他类似结构ꎬ以中心导线作为参比电极㊁工作电极信号走线ꎬ屏蔽层接地避免外部干扰ꎮ但是ꎬ因为信号线与屏蔽线之间不可避免存在较大的分布电容ꎬ电容充放电的过程会影响信号波形ꎬ增大检测误差ꎮ因此ꎬ为避免无源屏蔽引发的问题ꎬ设计中对参比电极和工作电极引入了有源屏蔽ꎮ有源屏蔽电路包含两个环节ꎬ即对参比电极的有源屏蔽ꎬ及对工作电极的有源屏蔽ꎮ为保证低噪声特性ꎬ屏蔽不仅包括由电路ＳＭＡ同轴接口引出的电极连线ꎬ还包括ＰＣＢ内部的关键走线ꎬ且ＰＣＢ内部走线以短路环的形式提供保护ꎮ为进一步降低噪声ꎬ电化学检测电路使用四层ＦＲ４材质基底ＰＣＢ设计ꎬ并以ＰＣＢ第１层为关键走线布线层ꎬ第２层为地层ꎬ为微弱信号提供完整的地平面ꎻ并以第３层为电源层ꎬ第４层为辅助布线层ꎬ通过地层与电源层ꎬ将微弱信号与可能产生干扰的强信号进行隔离ꎮ电池组采用聚合物锂离子电芯组合ꎬ聚合物电芯具有内阻小ꎬ容量大ꎬ循环次数多ꎬ寿命长ꎬ无记忆效应防爆等优点ꎻ电池组带智能控制保护电路ꎬ能防止过充ꎬ过放ꎬ过流ꎬ短路ꎮ下位机软件程序集成在单片机ＭＳＰ４３０Ｆｌａｓｈ存储器中ꎬ主要完成的功能为:接收上位机发送的命令与参数指令ꎬ完成相应的操作ꎬ并将数据发送给上位机ꎮ其算法实现流程图如图７所示ꎮ图７㊀多参数体外快速诊断系统的电化学算法实现流程图ＤＰＳＶ算法主要涉及以下参数:富集电压与富集时间㊁静息电压与静息时间㊁扫描初始电压㊁扫描终止电压㊁扫描步进电压㊁采样周期㊁采样宽度㊁脉冲周期与脉冲幅度等ꎮＤＰＳＶ算法中ꎬ在一个脉冲周期内ꎬ检测系统进行两次电流采样ꎬ即分别在前采样点采集００８第５期王天星ꎬ钟隆洁等:基于微流控技术的体外多参数快速诊断ＰＯＣＴ系统的设计㊀㊀得到电流数据Ｉ１ꎬ在后采样点得到电流数据Ｉ２ꎬ并求得两者电流之差ꎻ通过上述过程ꎬ能有效地消除充放电电流对于检测的影响ꎮＤＰＳＶ算法以１０ｍｓ为单位时间ꎬ并将程序的一次执行过程嵌入１０ｍｓ延时时序ꎬ能够有效减少程序的运行时间ꎬ并保证算法生成波形的周期误差控制在ʃ０.２％以内ꎬ满足检测需要ꎮ３㊀实验结果与讨论在电化学技术基础上ꎬ融合微流控技术ꎬ采用复杂的算法校正ꎬ可以有效降低内外源物质ꎬ血液中红细胞ꎬ温湿度等系列干扰ꎬ从而使产品测试精度获得极大的提升ꎮ以血糖检测为例ꎬ血样的红细胞压积(Ｈｃｔ)影响着血液的粘度和流量及其运输氧气的能力㊁血样的扩散速度㊁物质在细胞间的扩散速度等等ꎬ以及一些干扰物质的干扰ꎬ显著影响测试结果ꎮ本文利用微流控技术ꎬ在芯片上集成了微通道ꎬ试样预处理㊁反应及检测等装置ꎬ同时结合多电极技术ꎬ成功消除了一些常见干扰物的干扰和红细胞压积的影响ꎬ使得产品的测试精准度极大地提升ꎮ同时由于采用微流控技术ꎬ试剂设计精巧ꎬ在集成上述诸多功能的基础上ꎬ最少仅需０.５μＬ样本量即可完成测试ꎮ图８㊀各因素对血糖测试结果的影响对比抗坏血酸在人体中广泛存在ꎬ达到一定浓度会对血糖测试产生极大的干扰ꎬ本文采用了在测试芯片上集成了试样预处理装置ꎬ干扰从４０％降低到了５％的可接受范围ꎬ如图８(ａ)所示ꎮ进一步在测试芯片上集成了红细胞压积探测单元ꎬ显著降低了红细胞压积的影响ꎬ使得本测试芯片的应用人群范围可以覆盖到贫血及新生儿等特殊人群ꎬ其测试结果如图８(ｂ)所示ꎮ本文利用利用分子平衡抑制作用㊁高分子多聚物网架与酶的固定化技术㊁分子组合结晶成型的技术ꎬ开发传感器生物敏感试剂ꎬ成功解决了试剂的热稳定性㊁反应适配性㊁试剂溶液均一性㊁试剂固定生产一致性和可控性㊁干燥后固定试剂均一性等问题ꎬ保证传感器的一致性ꎬ同时使反应灵敏度和重复精度大幅提高ꎬ如图９所示ꎮ图９(ａ)中曲线表示改进前ＦＡＤ型葡萄糖脱氢酶试剂的线性测试反应曲线图:反应信号很弱ꎬ不同浓度样本的反应曲线梯度不能很好的分开ꎮ图９(ｂ)中曲线表示改进后ＦＡＤ型葡萄糖脱氢酶试剂的线性测试反应曲线图:反应信号强ꎬ不同浓度样本的反应曲线梯度很好的分开ꎬ同一浓度反应曲线的一致性好ꎮ图９㊀ＦＡＤ型葡萄糖脱氢酶试剂改进前和改进后的反应曲线对比血酮体(β－羟丁酸)试剂的开发:采用复合β－羟丁酸脱氢酶及新型电子介体技术ꎬ使反应灵敏度和重复精度大幅提高ꎬ测试时间大幅缩短ꎬ如图１０所示ꎮ图１０(ａ)中曲线表示改进前β－羟丁酸试剂的线性测试反应曲线图:反应信号较弱ꎬ不同浓度样本的反应曲线梯度分开不显著ꎬ同一浓度反应曲线的一致性不佳ꎮ图１０(ｂ)中曲线表示改进后β－羟丁酸试剂的线性测试反应曲线图:反应信号强ꎬ不同浓度样本的反应曲线梯度很好的分开ꎬ同浓度反应曲线的一致性好ꎮ实验结果表明ꎬ我们设计的基于微纳传感结合微流控的高精度㊁多参数体外快速诊断ＰＯＣＴ系统ꎬ１０８传㊀感㊀技㊀术㊀学㊀报ｗｗｗ.ｃｈｉｎａｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ.ｃｏｍ第３１卷在检测血糖㊁血酮㊁等方面具有良好的一致性和实用性ꎬ同时具有良好的抗干扰性能ꎮ图１０㊀血酮体(β－羟丁酸)试剂改进前和改进后的反应曲线对比４㊀结论本文主要介绍了基于微流控及微纳传感技术的高精度㊁多参数体外快速诊断系统ꎮ利用高分子多聚物３Ｄ骨架酶固定化技术以及分子交互结晶成型的技术ꎬ成功解决了试剂溶液均一性㊁试剂固定生产一致性和可控性㊁干燥后固定试剂均一性等问题ꎬ保证产品优良的一致性ꎻ通过微纳材料技术的应用ꎬ成功提高了试剂的灵敏度和检测限ꎮ应用基于血液特异的电阻抗谱分析以及基于扩散差异的动态电流技术对血样内源外源干扰物和存储操作环境等因素对测量结果的抗干扰处理ꎮ基于毛细作用驱动的微流控通道加工技术ꎬ通过对亲水材料电极的选择㊁通道的精密微加工㊁以及运用微流控模型理论推算的孔道设计ꎬ保证检测的准确可靠ꎮ在生物传感芯片上集成了微通道㊁试样预处理㊁反应及检测等装置ꎬ同时结合多电极参比技术㊁电阻抗谱分析技术㊁动态电流检测技术ꎬ采用多维度多参数联合的算法校正ꎬ成功降低消除了测试样品的内外源物质㊁红细胞压积㊁温湿度等系列干扰ꎬ有效克服了常规ＰＯＣＴ产品在临床应用中的精度和灵敏度不够的问题ꎮ最后通过检测实验结果分析ꎬ验证了基于微流控及微纳传感技术的高精度㊁多参数体外快速诊断系统可以可靠和快速地对血酮㊁血糖等指标进行综合检测的功能ꎮ参考文献:[１]㊀ＩＤＦＩ.ＩＤＦＤｉａｂｅｔｅｓＡｔｌａｓＳｅｖｅｎｔｈＥｄｉｔｉｏｎ[Ｊ].２０１５.[２]熊真真.２型糖尿病慢性并发症病人家庭负担及影响因素研究[Ｊ].成都:四川大学ꎬ２００７.[３]ＨｕｏＸꎬＧａｏＬꎬＧｕｏＬꎬｅｔａｌ.ＲｉｓｋｏｆＮｏｎ￣ＦａｔａｌＣａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒＤｉｓ￣ｅａｓｅｓｉｎＥａｒｌｙ￣ＯｎｓｅｔＶｅｒｓｕｓＬａｔｅ￣ＯｎｓｅｔＴｙｐｅ２ＤｉａｂｅｔｅｓｉｎＣｈｉｎａ:ＡＣｒｏｓｓ￣ＳｅｃｔｉｏｎａｌＳｔｕｄｙ[Ｊ].ＴｈｅＬａｎｃｅｔＤｉａｂｅｔｅｓａｎｄＥｎｄｏｃｒｉｎｏｌ￣ｏｇｙꎬ２０１６ꎬ４(２):１１５－１２４.[４]汪曣ꎬ白玉洁ꎬ张艳超ꎬｅｔａｌ.基于ＣＣＤ的胶体金试纸条光电检测仪器设计及实验研究[Ｊ].传感技术学报ꎬ２００８ꎬ２１(８):１３７０－１３７３.㊀[５]周焕英ꎬ高志贤ꎬ孙思明ꎬ等.食品安全现场快速检测技术研究进展及应用[Ｊ].分析测试学报ꎬ２００８ꎬ２７(７):７８８－７９４. [６]谢莉ꎬ窦燕峰ꎬ郭会灿ꎬ等.食品中过氧化氢残留快速检测试纸的研制[Ｊ].现代食品科技ꎬ２０１１ꎬ２７(９):１１６０－１１６２. [７]夏孟丽ꎬ谢乐天ꎬ吴鑫宇ꎬ等.基于微纳泡沫金属材料的Ｄ－半乳糖传感器研究[Ｊ].传感技术学报ꎬ２０１６ꎬ２９(１１):１６４３－１６４７.㊀[８]邸红芹.呼吸道病原体分子诊断技术研究进展[Ｊ].河北医科大学学报ꎬ２０１６ꎬ３７(１２):１５２０－１５２３.[９]王勇ꎬ卢福山.青海马鸡血液指标和生化遗传标记的研究[Ｊ].青海大学学报(自然科学版)ꎬ２００４ꎬ２２(６):１１－１５.[１０]武宝利ꎬ张国梅ꎬ高春光ꎬ等.生物传感器的应用研究进展[Ｊ].中国生物工程杂志ꎬ２００４ꎬ２４(７):６５－６９.王天星(１９７９－)ꎬ男ꎬ浙江大学ꎬ博士后ꎬ主要研究方向为生物传感器及其检测技术ꎬｗｔｘ１９７９＠１６３.ｃｏｍꎻ王㊀平(１９６２－)ꎬ男ꎬ浙江大学ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要研究方向为传感器与检测技术㊁生物芯片与生物电子学㊁人工嗅觉与人工味觉等ꎬｃｎｐｗａｎｇ＠ｚｊｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ２０８。
微纳米流体技术在体外诊断中的应用
微纳米流体技术在体外诊断中的应用随着科技的不断进步和人类对健康意识的逐渐提高，诊断技术也在不断地更新换代。
传统的体外诊断方法已经不能完全满足人们的需求，例如准确率不高、速度慢、需要大量的标本等问题。
而微纳米流体技术的出现，为体外诊断带来了新的机遇。
微纳米流体技术能够将微小的液体、气体或是粒子加工和控制在微纳米级别的尺寸之内，具备操作对象小、反应时间短、操作精确等特点。
体外诊断中的微纳米流体技术，即是利用微纳米尺度下流体的特殊性质，通过微流体芯片等设备对生物液、体液等样本进行处理，实现快速、高效和精确的检测和诊断。
近年来，微纳米流体技术在体外诊断中的应用领域得到了快速的发展。
1.微流体芯片在体外诊断中的应用微流体芯片是利用微纳米流体技术研发出的一种新型诊断设备，目前已被广泛用于体外诊断领域中。
微流体芯片是由微流控阀、微通道、微反应器等多个微型元件组成的小型化实验平台。
它可以实现复杂、多步骤的生物反应，对于代谢物分析、细胞感染、肿瘤标志物检测等方面具有广阔的应用前景。
微流体芯片可以通过微型化的操作，节约大量的样本和试剂，最大限度地提高了实验的准确性和效率。
同时，它还可以实现快速高通量、在微流动层面上进行生物样品的分离、富集等操作，在约束条件下加速反应速度。
这使得微流体芯片在基因组筛查、体外诊断等领域具有广泛的应用前景，并且可以为医疗诊断带来革命性的改变。
2.单细胞分析在体外诊断中的应用单细胞分析技术是近年来体外诊断领域中研究的热门领域，提供了一种针对单个细胞进行基因组学、蛋白质组学等分析的手段。
实现单细胞分析的核心技术为单细胞分选和分析。
微纳米流体技术的出现为单细胞分析提供了前所未有的机会。
与传统的单细胞分析相比，微纳米流体技术利用微流体芯片可以高效地将单个细胞分选、并转移到高通量的分析设备中进行进一步分析。
与传统分析技术相比，微纳米流体技术在分析速度和准确性上都具有很大优势。
这为单细胞分析技术在肿瘤学、免疫学等领域的应用提供了有力支持。
体外诊断行业面临的挑战分析
体外诊断行业面临的挑战分析一、行业面临的挑战欧洲、美国、日本等发达国家及地区体外诊断行业发展历史较长,积累了技术、渠道、品牌、资金等方面的优势，占据了主流高端市场。
头部企业推行并购策略逐步扩大市场份额，行业市场集中度较高。
但随着全球进入后疫情时代，新冠疫情将会持续推动体外诊断的发展，预测会有更多企业进入体外诊断行业，全球体外诊断市场的行业集中度呈下降趋势。
根据Eva1UateMedtechWor1dPrev1ew的数据显示，2018年全球前三大体外诊断企业占比40%,2020年下降到30%；CR7从2018年66%下降到了2020年的47%o在进口政策的推动和新冠疫情的因素影响下，国内企业抓住机遇快速发展。
随着研发投入的加大和产品质量的提升，国内厂商凭借产品的高性价比和更为贴近本土市场的优势，不断扩大市场份额，逐渐打破以进口产品为主导的市场格局。
目前国内体外诊断行业已涌现了一批具备自主创新能力的本土企业，并逐步具备了与国际巨头相竞争的实力。
我国体外诊断市场起步时间较晚，发展尚未成熟，行业内各公司发展水平不同，质量参差不齐。
同时由于检测平台方法众多且差异较大，同一疾病检测项目有多种技术平台选择，行业内尚无明确的检测精准度质量控制标准，且开展体外诊断的实验室有些项目的质量控制由实验室自发进行，缺乏室内质控、室间比对和行业监督，不利于行业健康有序的发展。
二、发展营销组合根据目标市场和定位的要求，企业需要考虑和选择相应的营销组合。
“营销组合”是指一整套能影响市场需求的企业可控制因素，包括产品、价格、地点(分销或渠道)和促销等，是开展营销、影响和满足顾客的工具与手段。
它们需要整合到营销计划中并使用于营销过程，以争取目标市场的预期反应。
企业对营销工具和手段的具体运用，会形成不同的营销战略、方法和行动。
这些工具、手段或因素相互依存、相互影响和相互制约，通常不应割裂开来孤立地考虑。
必须从目标市场的需求状态、定位和营销环境等出发，统一、配套和协调使用。
IVD行业了解与入门体外诊断简介
中国分子诊断市场起步较晚，2015年市场份额达到50亿人民币，有望2020年达到125亿元人民币。主要在感染性疾病、遗 传性疾病诊断上应用成熟，但在肿瘤分子诊断（肿瘤筛查、肿瘤辅助诊断、肿瘤个体化治疗）上市场巨大。
分子诊断相关企业无论是PCR、FISH还是NGS企业国内行业巨头均已出现，全国1096家分子诊断相关企 业形成北京、江苏、广东、上海、四川、浙江为代表的产业集聚区。
• 未来做大做强，我们的路走向何 方？
预测未来3-5年，保持
5%
的年均复合增长率继续增长
数据来源：KaLorama Information
国产替代机遇较大：我国IVD产业的中低端技术领域已经实现了大 部分的国产化， 如酶联免疫技术和临床生化诊断技术，而在中高 端技术领域，如化学发光检测和POCT方面依然被外资占领多数市 场。
主要应用方向：毛细管电泳分离、基因测序、PCR反应（节省消耗、减少污染）
核酸扩增技术（逆转录技 术）
快速检测技术（快速PCR）
所谓快速PCR技术是将快速PCR仪与超薄管（或特殊贴附技术）以及高速DNA聚合酶等技术 整合在一起，可达到较短时间完成PCR反应。注意快速PCR技术和快速PCR仪的区别
THANK YOU!
分子诊断行业规模较小但增速迅猛：我国分子诊断市场正处于发展前 期，规模较小但增长迅速。2010年分子诊断市场规模仅仅为16亿 元，2016年已增长至60亿元，并以25%的年均速度持续增长。
• 分子诊断市场怎样？
2017年体外诊断行业获投公司中，以分子诊断公司、免疫诊断公司、POCT公司、生化诊断公司为主， 其中，分子诊断公司数比例达到了83%。
Marker和相关试剂则属于价格较低的基础试剂，需求量较高，这系列的试剂市场规模较大。
体外诊断技术的创新与应用
体外诊断技术是指通过采集人体样本（如血液、尿液、唾液等）在实验室中进行分析和检测，以获取有关健康状况和疾病诊断的信息。
近年来，体外诊断技术在创新和应用方面取得了许多进展，主要包括以下几个方面：
1. 快速诊断技术：传统的体外诊断技术需要时间和设备支持，而快速诊断技术的出现大大缩短了诊断时间。
例如，基于免疫学原理的快速试纸、快速核酸检测技术等，使得临床医生可以在短时间内得到可靠的诊断结果，有助于迅速制定治疗方案。
2. 微流控芯片技术：微流控芯片技术利用微小通道和微型反应器，可以高效地进行细胞分析、基因检测和蛋白质筛查等。
这种技术不仅具有高灵敏度和高通量的特点，还能够实现样本和试剂的极小消耗，为个性化诊断和治疗提供了可能。
3. 基因测序技术的应用：随着高通量基因测序技术的不断发展，体外诊断领域也开始应用基因测序技术。
通过对个体基因组的深入分析，可以更准确地进行遗传性疾病的诊断和风险评估，为个体化治疗提供依据。
4. 微型化和便携化设备的发展：体外诊断技术逐渐向微型化和便携化方向发展，使得诊断设备更加小巧轻便，可以在实验室以外的场所进行检测，如医疗机构、社区卫生中心甚至家庭。
这种趋势能够提高诊断的便利性和普及性，减少患者就医的成本和时间。
5. 综合信息分析与人工智能技术的应用：体外诊断技术产生的数据越来越庞大，传统方法往往无法充分利用这些信息。
而人工智能技术的发展使得大规模数据的挖掘和分析变得更加可行，能够从海量数据中提取有价值的信息，辅助医生进行诊断和决策。
综上所述，体外诊断技术在创新和应用方面取得了许多进展，包括快速诊断技术、微流控芯片技术、基因测序技术的应用、微型化和便携化设备的发展，以及综合信息分析与人工智能技。
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Biosensors:
Optical: SPR, Fluorescence etc.
Electrochemical: Amperometric, Potentiometric etc.
Control electronics (shown) are suitable for handheld or benchtop applications
❖ 在种种利好的条件下，体外诊断试剂产业的发展迎来了医疗发展史上 “千载难逢”的好机遇。
国内体外诊断试剂产业状况
我国体外诊断试剂市场组成（2009 年数据） 来源：GlobalData: In Vitro Diagnostic Market, China, 2010
国内体外诊断试剂产业状况
2008年和 2009 年体外诊断公司所占中国市场份额 来源：GlobalData: In Vitro Diagnostic Market, China, 2010
微流控芯片制作方法
❖ 硅、玻璃以及石英等材质：
▪ 光刻 ▪ 蚀刻
❖ 聚合物材质：
▪ 模塑法 ▪ 注塑法 ▪ LIGA技术 ▪ 激光烧蚀法 ▪ 软光刻法
Prospects in Emerging Markets, 2010
国内体外诊断试剂产业状况
❖ 我国体外诊断产业的发展开始于20世纪80年代，经历20多 年的发展，从无到有，从弱到强，现正已具备产业规模发 展条件
❖ 我国体外诊断产品用户主要包括19700多家医院、39000多 个乡镇卫生院、300多家血站，还有日新月异的体检中心 和正在兴起的临床检验独立实验室
内容提要
1 国内外体外诊断市场简介
2
微流控芯片的起源
3
微流控芯片的发展
4 微流控芯片体外诊断产品
生物芯片的由来
❖ 临床诊断，如：婴儿护理，床边检测(Point-ofcare)
❖ 环境检测 ❖ DNA大规模平行分析 ❖ 自动化药物发现 ❖ 蛋白质结晶
临流控芯片实验室
❖ 数字微流控芯片实验室：对不连续液滴的操控
Multiplexing
(Duke University)
Mixing: Static, Diffusion Limited
Printed circuit board lab-on-a-chip – inexpensive and
readily manufacturable
微流控芯片的起源
❖ 定义：微流控芯片（Microfluidic chip）又称芯片实验室（Labon-a-chip）
❖ 它将化学中所涉及的样品预处理、反应、分离、检测，生命科学中 的细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块几平方厘米大 小的芯片上，并以微通道网络贯穿各个实验环节，从而实现对整个 实验系统的灵活操控，承载传统化学或生物实验室的各项功能。
内容提要
1 国内外体外诊断市场简介
2
微流控芯片的起源
3
微流控芯片的发展
4 微流控芯片体外诊断产品
微流控芯片的发展
❖ 微流控芯片的材质和加工 ❖ 微流控芯片免疫检测的模式 ❖ 微流控芯片免疫检测中的流体控制 ❖ 微流控芯片多指标免疫检测
微流控芯片的材质
❖ 常用的芯片材质
a) E. Verpoorte, N.F. De Rooij, Proc. IEEE 2003, 91, 930-953. b) L. Gervais, E. Delamarche, unpublished c) A. W. Martinez et al., Anal Chem 2010, 82, 3-10. d) J. Huft et al., Lab Chip 2010, 10, 2358-2365. e) D.A. Mair et al., Lab Chip 2009, 9, 877-883.
国内体外诊断试剂产业状况
国内体外诊断试剂产业状况
❖ 中国人口占世界总人口的22%，但体外诊断试剂份额却只占全世界的 5%
❖ 近年来，各种新技术、新方法的兴起和融合，又促进了体外诊断试剂 的开发应用和更新换代
❖ 与此同时，随着人民群众收入的增加和生活标准的提高，人们对健康 和医疗品质又有了更高的需求
微流控芯片体外诊断
研发部 徐波
内容提要
1 国内外体外诊断市场简介
2
微流控芯片的起源
3
微流控芯片的发展
4 微流控芯片体外诊断产品
全球体外诊断试剂产业状况
全球体外诊断试剂产业状况
2010年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元） 来源：A&M Mindpower Solutions: Global In-vitro Diagnostics Sector—
Test tube analysis
Agilent DNA analysis Lab on a Chip (1997)
从试管到生物芯片
Test tubes
Automation Integration Miniaturization
Robotics
Automation Integration Miniaturization
微流控芯片的发展历程
微流控芯片的发展
❖ 一种高度集成的 DNA测序芯片
❖ Blazej, R. G. et al., PNAS 2006, 103, 7240–7245.
用于床边检测(POC)的微流控芯片
理想的床边检测(POC)芯片
❖ 检测性能（灵敏度、特异性…） ❖ 检测通量
❖适用范围 ❖制造成本 ❖易用性…
Microfluidic Labon-a-Chip
传统的大型生化分析仪
高通量 最低人为干预 更少的样品/试剂消耗 更高的灵敏度 更佳的生产率
从晶体管到集成电路
❖ 因信息处理的需要而发展
IBM 701 calculator (1952)
IBM Power 5 IC (2004)
从试管到生物芯片
❖ 因生物分子的分析需求而发展
Microfluidics
Automation Integration Miniaturization
生物芯片的分类
❖ 微阵列芯片 (Microarrays)
▪ 临床诊断 ▪ 遗传指纹谱 ▪ 药物筛选 ▪ 遗传研究 ▪ 细胞研究
生物芯片的分类：微流控芯片
❖ 连续流芯片实验室：永久刻蚀的微通道、微泵和微阀