微流控芯片免疫检测

数字微流控（Digital microfluidics）是一种通过电极阵列，在芯片上利用电信号对微量液体运动进行精准操纵的技术，现今已广泛应用于化学合成、生物分析、疾病诊断等领域。该技术利用了半导体技术及消费电子的设计理念，在手掌大小的微流控芯片上，无需外设的辅助，即可自动实现快速在场体外诊断（POCT）。芯片具有高度兼容性，可用于定量分析多种蛋白质和生物分子。　　该技术的原理是通过改变芯片电极的电压来对应地改变其表面的亲疏水性，进而使液滴在相邻电极表面的接触角产生差异，从而使液滴在不同方向存在表面张力的差异，以此操纵液滴产生定向移动、分裂、合并等现象。其中，如何高效、稳定地生成微液滴是数字微流控技术的核心，也是其难点所在。在实际操作中，当芯片间隙与电极的尺寸比值超过某一阈值时，液滴撕裂成为更小的液滴将十分困难。该因素的存在导致当芯片结构和尺寸固定时，可生成液滴的最小体积也被限制。如果能突破这一限制，生成体积更小的液滴，则可以在有限的芯片区域内实现更多检测，提高系统的检测通量。此外，由于产生的液滴进一步缩小，片上样品稀释、磁珠清洗等具体实验的灵活性将显著提高，极大拓宽数字微流控技术在POCT方向的应用潜力。　　近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员马汉彬课题组与长春理工大学等合作，创新性地提出名为“One-to-three”的数字微流控液滴生成新方法。该方法基于液滴对称撕裂可在几何中心位置保持表面张力平衡的原理，将一个大液滴分成三个液滴，包括一个在不改变数字微流控芯片几何尺寸的情况下高效分离出“高纵横比”的小液滴。该液滴撕裂方法超出了介电润湿数字微流控的几何极限。　　结合“One-to-three”液滴生成的优势，科研人员整合了磁吸模块、光学检测模块、三轴操控模块、液滴驱动系统等开发出一套具备全自动路径编译、检测数据读取、三轴定外控制的软件。通过对系统不断测试优化，构建了整套全自动数字微流控化学发光免疫分析平台。该高度集成的平台可快速完成高效的磁珠洗涤，实现了在一个芯片上可以同时并行检测5个B型利钠肽样本，整个免疫测定过程仅约需10分钟，完成了从理论突破、功能设计及工程化开发的全流程。该研究成果可应用于人类血清中B型利钠肽的定量快速检测，对心衰的诊断、预后评估、病情监测、指导治疗等方面具有一定价值。　　相关研究成果以“One-to-three” droplet generation in digital microfluidics for parallel chemiluminescence immunoassays为题，发表在Lab on a chip上，并被选为内封面论文，收录于2021热点论文集。

12月16日，由中国医学科学院阜外医院周洲教授担任项目负责人、深圳市亚辉龙生物科技股份有限公司（下称“亚辉龙”）任牵头单位的“高性能免疫现场快速检测系统研发”项目启动会在深圳成功召开。中国科学院院士、南方科技大学代理副校长顾东风，加拿大健康科学院院士、香港中文大学（深圳）医学院创院院长郑仲煊，国家卫健委中国生物技术发展中心副主任郑玉果，深圳市发展和改革委员会副主任王浚，深圳市科技创新委员会副主任钟海，龙岗区人民政府副区长张玉庆等领导出席会议。本次项目启动会旨在交流心脑血管诊断研究进展，讨论快速免疫检测系统关键技术与项目实施方案，高质量完成重点专项。“高性能免疫现场快速检测系统研发”项目（下称“项目”）属于“十四五”国家重点研发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项，由一支产学研医检的多学科优势团队共同参与，针对现场快速免疫检测准确定量的临床需求，通过关键技术攻关，构建并优化高性能免疫现场快速检测系统，并完成多种心脑血管标志物检测试剂的研发，致力于解决现场全血检测干扰多、微量检测灵敏度低、检测环节点多耗时长等问题，整体提升现有危急重症等特定场景下的医疗服务能力。项目重点攻关的技术之一就是开发基于微流控化学发光技术的心脑血管疾病检测系统，涵盖仪器、试剂、芯片三大部分。微流控免疫检测技术是一种对微纳升流体进行操控的新兴科学技术，相比以往大部分疾病检测需要在特定的医护条件下在大型仪器上进行抽血、上机、离心等复杂操作，微流控技术可将样本分离和免疫检测的多个步骤集成到微小芯片上，可仅用一台电脑主机大小的仪器实现即时检测，用血量也大大减少。与同类其他技术相比，微流控表体比大、传质短、传热快、反应体系转化率高，具有样本用量少、分析速度快和易实现多联检的优势，为心脑血管多标志物现场快速检测提供了一个新的平台，可以说在与死神争夺病人抢救的黄金时间。据介绍，该项目预计在4年的执行期内完成多项相关创新产品的发布，实现微流控芯片和光检测装置国产化。“十四五”国家重点研发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项：针对高端诊疗装备和生物医用材料依赖进口、新冠肺炎疫情中暴露的应急医疗装备短板以及医药领域安全监管长期处于被动型和回溯性模式等问题，聚焦于医疗装备、生物医用材料、体外诊断等领域的重大产品，以及所涉及的关键技术及核心部件、前沿技术及样机、应用解决方案、监管科学、应用示范，实现高端引领，促进我国高端诊疗装备和生物医用材料整体水平进入国际先进行列。本专项执行期为 2021—2025 年，按照全链条部署、一体化实施的原则，设置了前沿技术研究及样机研制、重大产品研发、应用解决方案研究、监管科学研究、应用示范研究五项任务。

p　　strong仪器信息网 /strong2016年4月12日，默克在北京举办生命科学新产品发布会，来自各科研院所、高校等的100余位代表出席会议。/pp style="text-align: center "img title="IMG_14321.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/6aa4a5bb-e0b7-4ea0-a1f2-39382acc0e42.jpg"//pp style="text-align: center "strong光影开场秀/strong/pp　　“见微 至臻 致远”，本次新品发布会继续传承默克生命科学的创新风格，以一段创意无限的光影开场秀拉开序幕。在光与影的殿堂里，默克将科学与艺术完美融合，诠释了以“匠人”之心打造的两款生命科学研究工具：Erenna单分子免疫检测平台和CellASIC ONIX2 微流控活细胞实时分析系统。/pp style="text-align: center "img title="IMG_14541.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/6808f359-8e28-4449-8732-1a08c11f4840.jpg"//pp style="text-align: center "strong默克生命科学市场部总监郭鸣霏先生致开幕辞/strong/pp　　默克生命科学市场部总监郭鸣霏先生在致辞中介绍到，Erenna，原是深海中的一种水母，在几千米的海底发出荧光，照亮深海海底未知的世界。本次默克发布的单分子免疫检测平台的名字也叫Erenna，Erenna(水母)潜在的含义与默克相关产品在蛋白质组学领域的探索潜能不谋而合。/pp　　从上世纪40年代开始，随着免疫组化等经典蛋白检测技术的发展，蛋白作为生物标志物的价值逐渐被人们所重视。尽管免疫组化、ELISA、Luminex等蛋白检测技术已经实现了数以千计的蛋白生物标志物的检测，但蛋白生物标志物的开发速度仍显缓慢：年均仅有1-2个新的生物标志物进入实际的临床应用。据统计，在400000多种已知的人类蛋白中，约有300000种因为表达丰度过低而无法实现传统方法的检测。在现有技术可以检测的约100000种蛋白中，大多数又无法在健康个体的样本检测到，而仅仅出现在特定的疾病时期。大量蛋白生物标志物的重要功能，如同海平面下的冰山，无法被现有技术准确界定。不论临床还是基础研究，蛋白生物标志物的应用都拥有可观的发展前景，但现有技术的瓶颈极大限制了蛋白生物标志物的发展。/pp style="text-align: center "img title="IMG_14741.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/5b125750-dbfb-46c2-a10f-e28972e8fbeb.jpg"//pp style="text-align: center "strong默克高级科学家、Erenna单分子免疫检测平台资深专家Ali Vahedi先生/strong/pp　　2015年，默克密理博收购a title="" href="http://www.instrument.com.cn/news/20160413/188581.shtml" target="_self"strong单分子检测技术(SMCsupTM/sup)/strong/a 。而今天发布的Erenna单分子免疫检测平台也是收购之后发布的首款具有里程碑意义的产品。/pp　　据默克高级科学家、Erenna单分子免疫检测平台资深专家Ali Vahedi介绍，Erenna采用专利的“爱里斑”单分子检测技术(Single Molecular Counting ，SMCsupTM/sup)，突破了蛋白检测的极限，将生物标志物检测提升到飞摩尔级别。相较于传统免疫检测技术，SMCsupTM/sup技术的信噪比有了很显著的改善，使得在一个系统里可以同时检测低表达和高表达的蛋白靶标，可以用于揭示疾病相关生物标志物的微小变化，并可创领生物标志的新发现。/pp　　检测事件（DE），事件光子含量（EP），以及总光子含量（TP），三套检测数据得到三条标准曲线，外加专有的算法，Erenna可以实现高灵敏度、大动态范围的检测。此外，Erenna单分子免疫检测平台还可以根据不同的实验条件灵活选择孵育形式。据介绍，由于Erenna平台卓越的单分子检测能力以及磁珠的低背景，基于磁珠的孵育形式比使用同样抗体的ELISA灵敏度提高大约1000倍。而基于96孔板板底的孵育形式大约比同等抗体条件的ELISA灵敏度也能提高50-100倍，同时试剂成本低于ELISA。/pp style="text-align: center "img title="IMG_15351.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/ab2ad927-41e4-47d2-a2d0-bb13d622c373.jpg"//pp style="text-align: center "strong默克全球产品经理Victor Koong先生/strong/pp　　本次发布会中，默克还介绍了另一款新产品：CellASIC ONIX2 微流控活细胞实时分析系统，这是CellASIC ONIX的升级产品。/pp　　据默克全球产品经理Victor Koong介绍，目前，细胞培养技术的发展还存在一些问题，如传统培养体系体积较大，快速更换培养基比较困难；静态培养与在体培养差异较大；成像状态下很难控制细胞的生长环境等。而CellASIC ONIX2 微流控活细胞实时分析系统可以实现活细胞成像时的细胞生长环境精细调控，包括气体、温度、培养基和试剂的快速切换，长时程、免操作实验条件的程序化控制等，从而使细胞保持良好的生长状态。/pp　　采用芯片培养板上的微流控设计，CellASIC ONIX2具备高精度活细胞成像与多功能分析的系统特征，可同时进行四个独立的加药实验，适用于所有倒置显微镜。/pp　　据介绍，CellASIC ONIX2在控制演进过程的自噬、活细胞成像过程中的自动化免疫染色等研究中具有很好的应用前景。目前，顶级科研机构的超过60篇顶尖文献已经使用了该系统。/pp style="text-align: center "img title="IMG_14431.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/4756031b-b60f-4bed-98d5-28f829bfc6e1.jpg"//pp style="text-align: center "strong发布会现场/strong/pp style="text-align: center "img title="IMG_15261.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/c61746a7-bde2-490e-919a-c11a2f59459c.jpg"//pp style="text-align: center "strong瑞士巴塞尔大学医学院医学博士& 公共健康硕士 David Conen先生/strong/pp　　在新品发布会的过程中，瑞士巴塞尔大学医学院医学博士& 公共健康硕士David Conen先生还专门分享了心血管疾病生物标志物研究的新进展。br//pp　　此外，新品发布会之后，默克还组织了成像流式高峰论坛，与行业专家共同探讨最新的研究进展。br//p