1.體外診斷及其小型化

體外診斷（In vitro diagnosis, IVD），顧名思義，主要是指對人體的血液、體液、組織等進行檢測而獲得臨床信息的產品或服務。在我國，由于：1.人口老齡化日漸嚴重；2.傳染病慢性病日漸流行；3.城市化進程中對醫(yī)療健康行業(yè)需求的劇增；4.政府對醫(yī)療保健市場的大力支持；5.醫(yī)院藥品加成的取消，導致醫(yī)院日漸重視臨床檢驗等因素，體外診斷行業(yè)開始迅速崛起。相關行業(yè)數據顯示，近幾年來我國體外診斷市場規(guī)模的年增長率一直維持在20%以上。

隨著技術的發(fā)展，也為了面向不同的診斷需求，體外診斷正逐漸向兩級發(fā)展：機械手臂式的自動化、流水線作業(yè)的中心實驗室和操作簡單、快速、便攜的即時診斷（point-of-care testing, POCT）。

對于大型醫(yī)院的檢驗科室或者第三方檢驗中心，由于樣品量大，自動化流水線作業(yè)式的中心實驗室往往更能滿足他們對于單位時間能檢測更多樣品、單個樣品檢測成本低的需求。而即時檢驗，國際上一般稱為POCT，是在采樣現場即時對樣本進行分析，省去標本在轉移到檢驗實驗室所需要的時間，快速得到檢驗結果的一類新方法。

這種檢測通常不一定需要專業(yè)的人員比如臨床檢驗師來進行。相對于傳統(tǒng)的實驗室檢測機制，POCT主要通過精簡操作流程、集成檢測裝置、壓縮檢測成本，實現部分由非專業(yè)人員完成、受眾和適應性更強的便攜式的就地檢測。因其快速、簡單的優(yōu)勢，POCT對院內急診科、重癥監(jiān)護室（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，POCT對于完善農村邊遠地區(qū)醫(yī)療建設、加速檢驗檢疫流程、應對突發(fā)疾病災害、推動個性化醫(yī)療和疾病篩查等同樣具有重要意義。POCT現已廣泛應用于臨床治療和監(jiān)護。

2.即時診斷（POCT）設備中存在的問題

我們最常見的POCT設備就是像早孕試紙之類的免疫層析試紙。免疫層析反應，實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散，在液體樣本定向擴散過程中會與試紙上預載的試劑發(fā)生生化發(fā)應，最后在試紙上給出肉眼可見的結果的一個過程。因其簡單、方便、快速的特點一直使用至今。

但是呢，這種試紙很難做到結構均勻一致，材料、薄厚、疏密程度也很難完全相同，這會使樣本檢測結果在不同測試卡上的一致性較差。另外，被測樣本測試時流動的速度、樣本量、反應時間等不可控，會進一步加大了樣本檢測結果的偏差。除此之外，免疫層析試紙受自身方法學的局限，一般只能達到定性診斷，不能滿足醫(yī)生定量的需求。

最后，對于免疫層析而言，最大的問題還是在于依靠液體在紙上的單向擴散，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診斷技術，由于操作相對復雜一些，沒法用免疫層析來實現。

3.微流控技術

微流控（Microfluidics）技術是一種依托現代微加工工藝，在微米尺寸級別（一般一到幾百微米）下的處理或操縱微量流體的技術手段。這種技術可實現采樣、稀釋、加試劑、分離、檢測等實驗流程以及各種生化反應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、提高檢測靈敏度、縮短反應時間、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驗室（Lab on a Chip）。

微流控技術可滿足從生物小分子到細胞的不同尺度對象檢測需求，并可通過在后端耦合光、電、熱等形式的檢測器和讀數裝置，實現檢測流程的自動化和檢測結果的信息化。2003年《福布斯》雜志把這項技術評為“影響人類未來15件最重要發(fā)明之一”。

基于微流控技術的診斷儀器的微型化、集成化、自動化的特性，高度切合POCT的發(fā)展需求，對優(yōu)化臨床檢測具有重要意義。近年來已日趨成為POCT領域的研究熱點和核心技術。

4.微流控技術在POCT中的應用

體外診斷主要由三大分支領域構成：生化分析，免疫診斷和分子診斷。

在自動化技術相對成熟的生化分析和免疫診斷領域，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便，儀器價格相對便宜，小而輕，能迅速出結果等優(yōu)勢。但是由于傳統(tǒng)機械手式檢測儀器技術更加成熟，單位時間內可以檢測更多的樣本，所以基于微流控技術的產品也面臨著傳統(tǒng)儀器的強大的競爭壓力。但是隨著分級診斷的普及，對于基層社區(qū)醫(yī)院而言，低成本易于操作且能快速出結果的微流控產品的優(yōu)勢也逐漸凸顯了出來。

對于生化分析而言，除了常規(guī)的診斷，微流控技術也能把它帶入到了更廣闊的應用領域。我們知道，現在可穿戴或者其他家用醫(yī)療監(jiān)測設備也只是初步做到了監(jiān)測心跳，行走步數，血壓等等指標的監(jiān)測。

如果在此基礎上利用微流控技術做到操作簡單，便攜式，低成本的家用尿液、血液等相關成分監(jiān)測儀器，收集得到的數據再與大數據結合，將會更好實現人體健康管理，從而降低慢性病的管理成本。另外，基于微流控技術的對汗液成分實時監(jiān)測的可穿戴式設備的出現也為當前的相對萎靡的可穿戴設備市場注入一股新鮮血液。

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”，準確的給出定量結果，所以往往是一個“金標準”。舉一個例子，我們現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，我們要等到這個病人自身的免疫系統(tǒng)識別出了乙肝病毒并且產生足夠量的乙肝抗原或者抗體，這樣我們才能通過能否從血液里面是否含有乙肝抗原或者抗體來判斷這個病人知否感染了乙肝病毒。而對于分子診斷技術，則直接的多。

在患者感染初期，我們就可以通過檢測這個病人的血液內是否含有乙肝病毒所特有的某個靶基因來判斷病人血液內是否有乙肝病毒，從而鑒定該病人是否感染。我們甚至可以通過精確測量乙肝患者血液內靶基因的量來確定患者體內乙肝病毒的載量，這個指標在后續(xù)的治療中尤為關鍵。

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，分子診斷也成為了體外診斷領域發(fā)展最快，也最有潛力的一個分支。

雖然分子診斷技術優(yōu)勢很明顯，但是由于其步驟繁瑣，過程費時，需要專業(yè)人員操作，而且臨床分子診斷實驗室的搭建成本一般較高，所以分子診斷也價格昂貴。與此同時，由于分子診斷中樣本預處理過程復雜，往往還需要精確的溫度循環(huán)控制，導致了傳統(tǒng)的機械手方式一直不能很好的把整個流程自動化。

微流控技術的出現就剛好解決了上述難題。微流控技術把細胞裂解，核酸提取與擴增以及最后的檢測都集成在了一個芯片上。反應過程處于封閉的環(huán)境中，減少了操作人員的負擔及污染的可能性，實現了隨時隨地快速檢測的需求，為醫(yī)療檢驗和疾病防控帶來巨大的幫助。這里最典型的兩款產品就Cepheid的GeneXpert PCR分析儀和BioFire的FilmArray?多重PCR系統(tǒng)。由于這兩款產品的成功，這里的Cepheid在2016年9月被Danaher以40億美元收購；BioFire在2013年9月被BioMerieux宣布以4.5億美元收購。而近幾年來，分子診斷技術已開始全面獲益于微流控技術，樣品制備水平得到顯著提高，這使得微流控技術從此開始強勢滲透即時診斷（Point of Care Testing, POCT）領域。

微流控技術把分子診斷自動化，小型化，也POCT化，這也將改變人們目前的醫(yī)療方式。以我們人類最常見的疾病—感冒為例，目前一般都是醫(yī)生憑借自己的臨床經驗來給藥。而filmArray能夠利用鼻咽拭子采集的鼻咽分泌液在一個小時左右準確得知引起感冒的細菌或者病毒的類型，并且還能得知相應病原體有無常見的耐藥性基因，從而實現準確的用藥?；谖⒘骺丶夹g的分子診斷當然不僅僅局限在諸如感冒的上呼吸道的感染性疾病上，在通用的芯片驅動、核酸檢測平臺基礎之上也陸續(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。此類產品的出現不僅顯著提高了醫(yī)療水平，也能有效的避免廣譜抗生素濫用進一步導致的細菌耐藥性這一全球難題。

5.微流控技術產業(yè)化中存在的問題

微流控技術在產業(yè)中也并不是一帆風順，現在的微流控產業(yè)化一直面臨著產業(yè)鏈不成熟導致產品研發(fā)、生產成本過高的問題。

一個成熟的微流控產品，往往需要配套使用的試劑，核心的微流控芯片，芯片驅動平臺，光電檢測模塊，信號處理模塊以及人機交互的軟件系統(tǒng)等等組件。對于一個成熟的產業(yè)鏈而言，一個復雜的產品的不同組件是由不同公司大規(guī)模的生產，然后有某個掌握一個或者幾個核心技術的公司組裝而成。這里最典型的代表就是智能手機。

資金雄厚如蘋果公司，也沒法把諸如CPU，內存，屏幕等等所有組件的產業(yè)線全部掌握在自己手上。但是在微流控的產業(yè)化中，由于這個技術還不太成熟，產品缺乏相應的標準化和規(guī)范化，目前還沒法實現組件的通用化。這樣也就沒法形成上下游公司合作式的開發(fā)一個產品的模式。而微流控產品本身就是結合微機電加工、生命科學、化學合成、光學工程及電子工程等許多領域學科的新產品，技術要求高，開發(fā)周期較長。這也導致了，像諸如GeneXpert PCR分析儀這樣的具有突破性進展的產品，由于前期高昂的研發(fā)費用，到現在也沒能實現真正的盈利。（文章來源：體外診斷網 作者：湯明輝 轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯(lián)系刪除）