床邊檢驗(Point of care testing, POCT)又稱床旁檢測,是指在病人身邊或附近進(jìn)行的測試。由于能顯著縮短樣品周轉(zhuǎn)時間,快速提供檢驗結(jié)果，POCT 已成為臨床檢驗的一個重要發(fā)展方向。

 微流控技術(shù)因其快速高效的分析、自動化的流體操控和易于微型化等突出特點,成為了當(dāng)前推動POCT 儀器發(fā)展的主要技術(shù)。

微流控POCT 儀器可按照分析方法、檢測器類型以及應(yīng)用體系等不同方法進(jìn)行分類。由于實現(xiàn)上述綜合集成的關(guān)鍵之一在于貫穿整個分析過程的流體操縱和控制，因此,流體操控方法也成為制約當(dāng)前微流控POCT 系統(tǒng)實用化的瓶頸之一。

 微流控分析中常用的高精度注射泵和聚二甲基硅氧烷(PDMS)氣動微閥微泵雖然具有精密的液體量取和復(fù)雜的流體操控能力,但其系統(tǒng)難以實現(xiàn)集成和微型化,因而在POCT 中的應(yīng)用受到限制。目前,常見POCT 系統(tǒng)的驅(qū)動方式主要包括壓力驅(qū)動、離心力驅(qū)動、電濕潤驅(qū)動和毛細(xì)作用力驅(qū)動4 種。

壓力驅(qū)動在POCT 中的應(yīng)用

在集成化微流控POCT 系統(tǒng)中,通常使用的壓力驅(qū)動模塊有電解泵、壓縮氣體泵、化學(xué)分解泵和直接氣壓差驅(qū)動等。

其原理如圖1 所示,各分析試劑準(zhǔn)確量取后儲存在儲液池中,每個儲液池通過微通道與后方的驅(qū)動泵相連,各驅(qū)動泵可分別控制,由此可實現(xiàn)分析中多溶液、多步驟的復(fù)雜操作。

Do 等以偶氮二異丁腈化學(xué)推進(jìn)劑替代壓縮空氣為液體驅(qū)動源。,工作時,金屬加熱器加熱偶氮二異丁腈,使其受熱分解產(chǎn)生氮氣,氮氣推動樣品池內(nèi)的血液通過電化學(xué)檢測器。通過控制加熱時間和加熱溫度(電流),能較好地控制流體的流動速度。

      壓力驅(qū)動優(yōu)缺點分析：

壓力驅(qū)動POCT 系統(tǒng)流體驅(qū)動操作簡單可靠,容易實現(xiàn)自動化,系統(tǒng)集成度高。

不足之處在于試樣需要預(yù)封裝在芯片內(nèi),未能實現(xiàn)試樣的現(xiàn)場引入,這不利于POCT系統(tǒng)在現(xiàn)場的實際應(yīng)用。

離心力驅(qū)動在POCT中的應(yīng)用

離心力驅(qū)動的POTC系統(tǒng)方法的突出優(yōu)點是只用一個電機(jī)即可實現(xiàn)多種流體的順序驅(qū)動,且芯片上沒有活動部件,可靠性較高,適合用于多步液體操作或并行分析的場合。

但由于芯片工作時處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài),通常只能使用光學(xué)檢測方法,難以進(jìn)行電化學(xué)檢測,因此其應(yīng)用范圍受到一定限制。

Lee 研究組通過在離心力驅(qū)動芯片上引入光控蠟閥的方法實現(xiàn)全血分析。其原理是在芯片通道固定鐵氧化物納米顆粒和石蠟混合物構(gòu)成蠟閥。初始石蠟為固體,閥呈關(guān)閉狀態(tài);需要開啟時,用激光照射石蠟,鐵氧化物納米顆粒吸收激光能量后升溫致石蠟融化,蠟閥開啟。蠟閥的使用避免了高離心轉(zhuǎn)速全血分離過程對其它流體操作的影響,顯著提高了離心芯片對流體操控的靈活性。

電濕潤在POCT 中的應(yīng)用

 電濕潤原理：芯片為上下兩層結(jié)構(gòu),流體以液滴形式夾在兩層結(jié)構(gòu)中間進(jìn)行操控。上層芯片加工有一公共的電極,下層芯片表面加工多個獨立的電極,電極表面覆蓋絕緣層和疏水層。下層芯片各電極可單獨控制,電極通電時其表面張力減小,斷電時表面張力升高。在相鄰兩電極間通斷電,可使其表面的液滴由斷電電極向通電電極移動。通過在不同電極間交替通電,可驅(qū)動液滴沿著電極排布的路徑移動。

Sista 等基于電潤濕芯片的多功能分析平臺。如圖所示,分析前試樣與所需試劑被預(yù)先裝載在對應(yīng)的芯片儲液池中,可用于12 個試樣的并行分析。

電潤濕優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：電濕潤驅(qū)動是微流控技術(shù)中最為靈活的液體操控方式之一,在POCT 應(yīng)用中顯示出很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>       

缺點：芯片表面存在的非選擇性吸附會產(chǎn)生液滴間的交叉污染。

毛細(xì)作用力驅(qū)動在紙芯片POCT中的應(yīng)用

Whiteside 研究組研制了一種采用電化學(xué)檢測的紙芯片,可以利用商品化的血糖計作為檢測器進(jìn)行檢測。

芯片上加工有碳電極,電極間的檢測區(qū)預(yù)先固定了硫氰化鐵和葡萄糖氧化酶,試樣通過試紙下端吸入檢測區(qū),試樣中葡萄糖與試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng),利用血糖儀測定反應(yīng)產(chǎn)生的電流可獲得試樣中葡萄糖的含量信息。通過在檢測區(qū)固定不同的酶催化劑,該系統(tǒng)最終成功實現(xiàn)血糖、乳酸、膽固醇和水溶液中酒精含量的快速分析。