1.體外診斷及其小型化

體外診斷（In vitro diagnosis, IVD），顧名思義，主要是指對(duì)人體的血液、體液、組織等進(jìn)行檢測(cè)而獲得臨床信息的產(chǎn)品或服務(wù)。在我國(guó)，由于：1.人口老齡化日漸嚴(yán)重；2.傳染病慢性病日漸流行；3.城市化進(jìn)程中對(duì)醫(yī)療健康行業(yè)需求的劇增；4.政府對(duì)醫(yī)療保健市場(chǎng)的大力支持；5.醫(yī)院藥品加成的取消，導(dǎo)致醫(yī)院日漸重視臨床檢驗(yàn)等因素，體外診斷行業(yè)開(kāi)始迅速崛起。相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，近幾年來(lái)我國(guó)體外診斷市場(chǎng)規(guī)模的年增長(zhǎng)率一直維持在20%以上。

隨著技術(shù)的發(fā)展，也為了面向不同的診斷需求，體外診斷正逐漸向兩級(jí)發(fā)展：機(jī)械手臂式的自動(dòng)化、流水線作業(yè)的中心實(shí)驗(yàn)室和操作簡(jiǎn)單、快速、便攜的即時(shí)診斷（point-of-care testing, POCT）。

對(duì)于大型醫(yī)院的檢驗(yàn)科室或者第三方檢驗(yàn)中心，由于樣品量大，自動(dòng)化流水線作業(yè)式的中心實(shí)驗(yàn)室往往更能滿足他們對(duì)于單位時(shí)間能檢測(cè)更多樣品、單個(gè)樣品檢測(cè)成本低的需求。而即時(shí)檢驗(yàn)，國(guó)際上一般稱為POCT，是在采樣現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)對(duì)樣本進(jìn)行分析，省去標(biāo)本在轉(zhuǎn)移到檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室所需要的時(shí)間，快速得到檢驗(yàn)結(jié)果的一類新方法。

這種檢測(cè)通常不一定需要專業(yè)的人員比如臨床檢驗(yàn)師來(lái)進(jìn)行。相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)機(jī)制，POCT主要通過(guò)精簡(jiǎn)操作流程、集成檢測(cè)裝置、壓縮檢測(cè)成本，實(shí)現(xiàn)部分由非專業(yè)人員完成、受眾和適應(yīng)性更強(qiáng)的便攜式的就地檢測(cè)。因其快速、簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，POCT對(duì)院內(nèi)急診科、重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）等臨床科室具有重要意義；因其綜合成本、便攜、易用的優(yōu)勢(shì)，POCT對(duì)于完善農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療建設(shè)、加速檢驗(yàn)檢疫流程、應(yīng)對(duì)突發(fā)疾病災(zāi)害、推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療和疾病篩查等同樣具有重要意義。POCT現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床治療和監(jiān)護(hù)。

2.即時(shí)診斷（POCT）設(shè)備中存在的問(wèn)題

我們最常見(jiàn)的POCT設(shè)備就是像早孕試紙之類的免疫層析試紙。免疫層析反應(yīng)，實(shí)際上就是液體樣品在試紙上沿著試紙由一端向另一端定向擴(kuò)散，在液體樣本定向擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)與試紙上預(yù)載的試劑發(fā)生生化發(fā)應(yīng)，最后在試紙上給出肉眼可見(jiàn)的結(jié)果的一個(gè)過(guò)程。因其簡(jiǎn)單、方便、快速的特點(diǎn)一直使用至今。

但是呢，這種試紙很難做到結(jié)構(gòu)均勻一致，材料、薄厚、疏密程度也很難完全相同，這會(huì)使樣本檢測(cè)結(jié)果在不同測(cè)試卡上的一致性較差。另外，被測(cè)樣本測(cè)試時(shí)流動(dòng)的速度、樣本量、反應(yīng)時(shí)間等不可控，會(huì)進(jìn)一步加大了樣本檢測(cè)結(jié)果的偏差。除此之外，免疫層析試紙受自身方法學(xué)的局限，一般只能達(dá)到定性診斷，不能滿足醫(yī)生定量的需求。

最后，對(duì)于免疫層析而言，最大的問(wèn)題還是在于依靠液體在紙上的單向擴(kuò)散，液體可操控的空間也受到了很大限制。所以，很多臨床上非常好的檢測(cè)診斷技術(shù)，由于操作相對(duì)復(fù)雜一些，沒(méi)法用免疫層析來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.微流控技術(shù)

微流控（Microfluidics）技術(shù)是一種依托現(xiàn)代微加工工藝，在微米尺寸級(jí)別（一般一到幾百微米）下的處理或操縱微量流體的技術(shù)手段。這種技術(shù)可實(shí)現(xiàn)采樣、稀釋、加試劑、分離、檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)流程以及各種生化反應(yīng)在幾平方厘米或更小的芯片上的集成，從而減少樣品試劑消耗、提高檢測(cè)靈敏度、縮短反應(yīng)時(shí)間、降低平均成本。其核心是高度集成、微型化的微流控芯片，所以微流控也常被稱為芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab on a Chip）。

微流控技術(shù)可滿足從生物小分子到細(xì)胞的不同尺度對(duì)象檢測(cè)需求，并可通過(guò)在后端耦合光、電、熱等形式的檢測(cè)器和讀數(shù)裝置，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)流程的自動(dòng)化和檢測(cè)結(jié)果的信息化。2003年《福布斯》雜志把這項(xiàng)技術(shù)評(píng)為“影響人類未來(lái)15件最重要發(fā)明之一”。

基于微流控技術(shù)的診斷儀器的微型化、集成化、自動(dòng)化的特性，高度切合POCT的發(fā)展需求，對(duì)優(yōu)化臨床檢測(cè)具有重要意義。近年來(lái)已日趨成為POCT領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和核心技術(shù)。

4.微流控技術(shù)在POCT中的應(yīng)用

體外診斷主要由三大分支領(lǐng)域構(gòu)成：生化分析，免疫診斷和分子診斷。

在自動(dòng)化技術(shù)相對(duì)成熟的生化分析和免疫診斷領(lǐng)域，由于微流控芯片的高度集成化，微流控儀器往往具有操作簡(jiǎn)便，儀器價(jià)格相對(duì)便宜，小而輕，能迅速出結(jié)果等優(yōu)勢(shì)。但是由于傳統(tǒng)機(jī)械手式檢測(cè)儀器技術(shù)更加成熟，單位時(shí)間內(nèi)可以檢測(cè)更多的樣本，所以基于微流控技術(shù)的產(chǎn)品也面臨著傳統(tǒng)儀器的強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。但是隨著分級(jí)診斷的普及，對(duì)于基層社區(qū)醫(yī)院而言，低成本易于操作且能快速出結(jié)果的微流控產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)也逐漸凸顯了出來(lái)。

對(duì)于生化分析而言，除了常規(guī)的診斷，微流控技術(shù)也能把它帶入到了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。我們知道，現(xiàn)在可穿戴或者其他家用醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備也只是初步做到了監(jiān)測(cè)心跳，行走步數(shù)，血壓等等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

如果在此基礎(chǔ)上利用微流控技術(shù)做到操作簡(jiǎn)單，便攜式，低成本的家用尿液、血液等相關(guān)成分監(jiān)測(cè)儀器，收集得到的數(shù)據(jù)再與大數(shù)據(jù)結(jié)合，將會(huì)更好實(shí)現(xiàn)人體健康管理，從而降低慢性病的管理成本。另外，基于微流控技術(shù)的對(duì)汗液成分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的可穿戴式設(shè)備的出現(xiàn)也為當(dāng)前的相對(duì)萎靡的可穿戴設(shè)備市場(chǎng)注入一股新鮮血液。

在病原體感染性疾病診斷中，分子診斷能大幅度縮短診斷“窗口期”，準(zhǔn)確的給出定量結(jié)果，所以往往是一個(gè)“金標(biāo)準(zhǔn)”。舉一個(gè)例子，我們現(xiàn)在要診斷某位病人是否感染了乙肝病毒。如果我們采用的是免疫診斷，我們要等到這個(gè)病人自身的免疫系統(tǒng)識(shí)別出了乙肝病毒并且產(chǎn)生足夠量的乙肝抗原或者抗體，這樣我們才能通過(guò)能否從血液里面是否含有乙肝抗原或者抗體來(lái)判斷這個(gè)病人知否感染了乙肝病毒。而對(duì)于分子診斷技術(shù)，則直接的多。

在患者感染初期，我們就可以通過(guò)檢測(cè)這個(gè)病人的血液內(nèi)是否含有乙肝病毒所特有的某個(gè)靶基因來(lái)判斷病人血液內(nèi)是否有乙肝病毒，從而鑒定該病人是否感染。我們甚至可以通過(guò)精確測(cè)量乙肝患者血液內(nèi)靶基因的量來(lái)確定患者體內(nèi)乙肝病毒的載量，這個(gè)指標(biāo)在后續(xù)的治療中尤為關(guān)鍵。

除了在病原體感染性疾病中，分子診斷具有免疫診斷不可比擬的優(yōu)勢(shì)以外，其在遺傳病，腫瘤的診斷和治療等等中也扮演著重要的角色。所以，近幾年來(lái)，分子診斷也成為了體外診斷領(lǐng)域發(fā)展最快，也最有潛力的一個(gè)分支。

雖然分子診斷技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯，但是由于其步驟繁瑣，過(guò)程費(fèi)時(shí)，需要專業(yè)人員操作，而且臨床分子診斷實(shí)驗(yàn)室的搭建成本一般較高，所以分子診斷也價(jià)格昂貴。與此同時(shí)，由于分子診斷中樣本預(yù)處理過(guò)程復(fù)雜，往往還需要精確的溫度循環(huán)控制，導(dǎo)致了傳統(tǒng)的機(jī)械手方式一直不能很好的把整個(gè)流程自動(dòng)化。

微流控技術(shù)的出現(xiàn)就剛好解決了上述難題。微流控技術(shù)把細(xì)胞裂解，核酸提取與擴(kuò)增以及最后的檢測(cè)都集成在了一個(gè)芯片上。反應(yīng)過(guò)程處于封閉的環(huán)境中，減少了操作人員的負(fù)擔(dān)及污染的可能性，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地快速檢測(cè)的需求，為醫(yī)療檢驗(yàn)和疾病防控帶來(lái)巨大的幫助。這里最典型的兩款產(chǎn)品就Cepheid的GeneXpert PCR分析儀和BioFire的FilmArray?多重PCR系統(tǒng)。由于這兩款產(chǎn)品的成功，這里的Cepheid在2016年9月被Danaher以40億美元收購(gòu)；BioFire在2013年9月被BioMerieux宣布以4.5億美元收購(gòu)。而近幾年來(lái)，分子診斷技術(shù)已開(kāi)始全面獲益于微流控技術(shù)，樣品制備水平得到顯著提高，這使得微流控技術(shù)從此開(kāi)始強(qiáng)勢(shì)滲透即時(shí)診斷（Point of Care Testing, POCT）領(lǐng)域。

微流控技術(shù)把分子診斷自動(dòng)化，小型化，也POCT化，這也將改變?nèi)藗兡壳暗尼t(yī)療方式。以我們?nèi)祟愖畛Ｒ?jiàn)的疾病—感冒為例，目前一般都是醫(yī)生憑借自己的臨床經(jīng)驗(yàn)來(lái)給藥。而filmArray能夠利用鼻咽拭子采集的鼻咽分泌液在一個(gè)小時(shí)左右準(zhǔn)確得知引起感冒的細(xì)菌或者病毒的類型，并且還能得知相應(yīng)病原體有無(wú)常見(jiàn)的耐藥性基因，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的用藥?；谖⒘骺丶夹g(shù)的分子診斷當(dāng)然不僅僅局限在諸如感冒的上呼吸道的感染性疾病上，在通用的芯片驅(qū)動(dòng)、核酸檢測(cè)平臺(tái)基礎(chǔ)之上也陸續(xù)推出了腸胃道感染、血液感染、性傳播疾病感染，以及HPV分型等等微流控芯片。此類產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅顯著提高了醫(yī)療水平，也能有效的避免廣譜抗生素濫用進(jìn)一步導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥性這一全球難題。

5.微流控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中存在的問(wèn)題

微流控技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中也并不是一帆風(fēng)順，現(xiàn)在的微流控產(chǎn)業(yè)化一直面臨著產(chǎn)業(yè)鏈不成熟導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)成本過(guò)高的問(wèn)題。

一個(gè)成熟的微流控產(chǎn)品，往往需要配套使用的試劑，核心的微流控芯片，芯片驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，光電檢測(cè)模塊，信號(hào)處理模塊以及人機(jī)交互的軟件系統(tǒng)等等組件。對(duì)于一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)鏈而言，一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品的不同組件是由不同公司大規(guī)模的生產(chǎn)，然后有某個(gè)掌握一個(gè)或者幾個(gè)核心技術(shù)的公司組裝而成。這里最典型的代表就是智能手機(jī)。

資金雄厚如蘋(píng)果公司，也沒(méi)法把諸如CPU，內(nèi)存，屏幕等等所有組件的產(chǎn)業(yè)線全部掌握在自己手上。但是在微流控的產(chǎn)業(yè)化中，由于這個(gè)技術(shù)還不太成熟，產(chǎn)品缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，目前還沒(méi)法實(shí)現(xiàn)組件的通用化。這樣也就沒(méi)法形成上下游公司合作式的開(kāi)發(fā)一個(gè)產(chǎn)品的模式。而微流控產(chǎn)品本身就是結(jié)合微機(jī)電加工、生命科學(xué)、化學(xué)合成、光學(xué)工程及電子工程等許多領(lǐng)域?qū)W科的新產(chǎn)品，技術(shù)要求高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。這也導(dǎo)致了，像諸如GeneXpert PCR分析儀這樣的具有突破性進(jìn)展的產(chǎn)品，由于前期高昂的研發(fā)費(fèi)用，到現(xiàn)在也沒(méi)能實(shí)現(xiàn)真正的盈利。（文章來(lái)源：體外診斷網(wǎng) 作者：湯明輝 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）