基于生物傳感器的微流控平臺用于病原菌的快速臨床檢測

近日，來自濟南大學的劉宏教授、周偉家教授和中國科學院深圳先進技術研究院王澤南副研究員團隊，在國際期刊Advanced Functional Materials上發表題為“Biosensor-Based Microfluidic Platforms for Rapid Clinical Detection of Pathogenic Bacteria"的綜述文章，第一作者為侯瑩，劉震。該綜述總結了微流控生物傳感器（包括用于床旁檢測的微流控設備）在病原菌臨床檢測中的最新進展。文章詳細探討了各類病原菌檢測策略，并分析了其優勢與局限性。同時，重點介紹了用于捕獲和檢測病原菌的先進微流控平臺，如微流道、微陣列、數字微流體和紙基平臺等，并總結了這些微流控設備的研究成果及存在的不足。此外，文章還列舉了基于生物傳感器的微流控設備在檢測細菌失衡相關疾病中的應用案例。最后，對基于生物傳感器的高效微流控技術在病原菌臨床檢測中的潛在研究方向提出了展望，為未來的技術開發提供了思路。

【本文要點】

要點一：病原菌檢測的一般原理和方法

文章總結了病原菌檢測的一般原理和方法，包括依賴培養技術的細菌鑒定、免疫診斷、分子診斷以及單個致病菌的結構分析和成像。深入理解這些原理和方法的優勢和不足，并針對這些不足，借助微流控芯片與現有的分子生物學和免疫學檢測方法的高兼容性和無縫集成，為傳統的病原體檢測提供了創新的解決方案。

要點二：用于病原菌檢測的微流控生物傳感器平臺

微流控技術是一種用于輸送、混合、分離或以其他方式處理液體的綜合技術。基于該技術的微流控生物傳感器可分為兩類：基于微芯片的微流控和基于微流控紙張的分析裝置。該部分詳細剖析了近年來利用微流體技術進行細菌捕獲和檢測的先進平臺，包括微流道、微陣列、數字微流體和紙質平臺。目標是在現場實現快速、高通量、高度特異性和便攜式活病原體檢測系統。

要點三：用于臨床中細菌感染引發疾病診斷的微流控生物傳感器

微流控的多學科領域有望解決眾多挑戰。已生產出大量可批量生產且具有成本效益的即時檢測醫療器械。本章總結了微流控生物傳感平臺在細菌感染引發的疾病診斷方面的應用。便攜式和超靈敏的生物傳感器，包括熒光、電化學、比色和視覺檢測方案，在臨床診斷中具有廣闊的前景。

要點四：總結與展望

盡管基于生物傳感器的微流控平臺在病原體檢測中的應用前景廣闊，但仍存在一些挑戰。解決這些挑戰對于這些技術的進一步發展和實際實施至關重要。

（1）傳感器穩定性：確保生物傳感器的長期穩定性和可重復性對于保持一致的性能至關重要。研究應著眼于開發強大的傳感器材料，提高生物識別元件在各種條件下的功能穩定性。

（2）靈敏度增強：雖然目前的平臺已經證明微流控傳感器平臺可以用于多個病原體標記物或單個細胞的檢測，但高通量、多靶點的檢測容易產生交叉污染。捕獲單元與靶標的結合特異性也成為影響檢測結果準確性的重要因素。

（3）集成和小型化：開發集成和小型化的系統，將樣品制備，病原體檢測和數據分析結合在一個平臺上，對于即時檢測應用至關重要。

（4）大規模生產和降低成本：大規模生產這些平臺的可擴展性和經濟可行性仍然是重大障礙。應努力優化制造工藝和利用成本效益高的材料，使這些技術易于獲得。

（5）POCT應用：隨著即時檢測需求的迫切，開發精確、低成本、集成化、便攜化、高靈敏度的微流控芯片成為人們日益追求的目標。開發簡單的手持設備和用于芯片檢測的信號傳輸方法，如藍牙傳輸和智能手機接收，是微流控芯片廣泛采用的必要條件。

（6）法規和臨床驗證：確保法規遵從性和獲得臨床驗證對于在臨床環境中采用這些平臺至關重要。為了滿足監管機構的嚴格要求并獲得醫療保健專業人員的信任，必須進行嚴格的測試和標準化。

（7）跨學科合作：基于生物傳感器的微流控平臺的開發需要跨多個學科的合作，包括生物學、化學、工程學和醫學。促進跨學科研究和促進學術界、工業界和醫療保健提供者之間的合作關系將加速這些技術從實驗室到臨床實踐的轉化。