賈亦琛 徐勝男 林淑英 王晨 張?jiān)路f 蘭添 宋婷婷 陳培培 宋波

(齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院 黑龍江齊齊哈爾 161000)

1 微流控芯片簡(jiǎn)介

微流控芯片（microfluidic chip）又稱(chēng)微全分析系統(tǒng)(Miniatrized Total AnalysisSystem ，μ-TAS)，是一種若干平方厘米以硅、石英、玻璃或高分子聚合物等材料制作的芯片，具有微米尺度空間并對(duì)流體進(jìn)行操控的技術(shù)產(chǎn)品，具有小型化、高通量、試劑消耗微量、分辨率高、自動(dòng)化、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)[1]。微流控芯片利用微米尺度空間對(duì)流體進(jìn)行操控的特征將實(shí)驗(yàn)室中：采樣、稀釋、加樣、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)常規(guī)實(shí)驗(yàn)室多功能技術(shù)平臺(tái)。

微控流芯片的加工技術(shù)主要依托于微電子加工技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)軟刻蝕工藝加工，即在玻璃基板上旋涂光膠，繼而遮蔽含有微通道圖形的掩膜，曝光及顯影后得到模具?，F(xiàn)有的微流控芯片的基本加工技術(shù)主要包括注塑法[2]、光刻和蝕刻技術(shù)等。注塑法使Soildworks軟件設(shè)計(jì)微流控芯片所需模具結(jié)構(gòu)，使用3D打印機(jī)打印芯片模具，其主要優(yōu)點(diǎn)是模具可多次重復(fù)使用萬(wàn)次，芯片加工時(shí)間短、成本低、適合芯片的批量產(chǎn)，但其只能使用熱塑性材料，模具價(jià)格高、制作復(fù)雜[3]。

2 傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)微生物檢測(cè)有三種方法：(1)直接顯微鏡觀察，正常情況，在一定的培養(yǎng)條件下（相同的培養(yǎng)基、溫度以及培養(yǎng)時(shí)間），同種微生物表現(xiàn)出穩(wěn)定的菌落特征?？梢酝ㄟ^(guò)顯微鏡觀察菌落特征對(duì)微生物種類(lèi)進(jìn)行判斷。(2)選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物或人為提供有利于目的菌株生長(zhǎng)的條件，選擇培養(yǎng)基，其作用是允許特定種類(lèi)的微生物生長(zhǎng)，同時(shí)抑制或阻止其他微生物生長(zhǎng)。選擇培養(yǎng)一般是通過(guò)觀察微生物的同化作用類(lèi)型或某一特征進(jìn)行間接判斷，得到的微生物往往并不只有一種，但是能夠大致確定這些微生物存在的共有特征從而對(duì)其分類(lèi)。(3)鑒別培養(yǎng)基，根據(jù)微生物的代謝特點(diǎn)，在培養(yǎng)基中加入某種指示劑或化學(xué)藥品。與選擇培養(yǎng)相比，鑒別培養(yǎng)基的鑒別所得結(jié)果的范圍比較小，一般可直接測(cè)定某微生物的種類(lèi)。除此之外還包括血清學(xué)鑒定和分子生物學(xué)鑒定，但微生物的檢測(cè)金標(biāo)準(zhǔn)仍然是培養(yǎng)法[4]，但該方法耗時(shí)長(zhǎng)、操作繁瑣、靈敏度低，通常要耗時(shí)18～24h。

噬菌體裂解試驗(yàn)鑒定菌型，免疫熒光，放射核素和酶聯(lián)免疫（ELISA）三大標(biāo)記技術(shù)及聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）等各種微生物學(xué)檢驗(yàn)新技術(shù)也應(yīng)用于臨床。但這些技術(shù)操作繁瑣、試劑樣品耗量大，樣品配置、濃縮等步驟耗時(shí)長(zhǎng)，檢測(cè)前，需要復(fù)雜的樣品處理程序，且無(wú)法判斷微生物是否存活，容易出現(xiàn)假陽(yáng)性[5]。

3 微流控芯片檢測(cè)技術(shù)在微生物檢測(cè)中的應(yīng)用

新型微流控技術(shù)現(xiàn)已在核酸分離和定量分析、DNA測(cè)序及各類(lèi)病原體的檢測(cè)等方面廣泛應(yīng)用，在蛋白、氨基酸、PCR產(chǎn)物等領(lǐng)域也有了成熟的檢測(cè)技術(shù)，其基于免疫分析原理，主要以抗原、抗體和熒光靶標(biāo)為新型標(biāo)記物[6]。

現(xiàn)有的新型微流控技術(shù)主要包括如下幾種：(1)電化學(xué)芯片具有靈敏、快速等檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)，細(xì)菌懸液通過(guò)檢測(cè)孔時(shí)，表面性質(zhì)產(chǎn)生不同脈沖信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為細(xì)菌數(shù)量和種類(lèi)等相關(guān)信息。但電阻抗芯片對(duì)設(shè)備要求及設(shè)計(jì)成本，在以后的研究中應(yīng)努力降低材料成本[7]。(2)基因芯片功能的實(shí)現(xiàn)主要基于雜交測(cè)序方法，將某種已知核酸探針固定于基質(zhì)，待測(cè)菌的核酸序由于與探針形成特異性反應(yīng)，從而可以被捕獲，依據(jù)最大熒光強(qiáng)度的探針?lè)植?，從而確定被檢測(cè)核酸的探針序。(3)環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（loop-mediated amplification,LAMP）在細(xì)菌、耐藥基因、病毒、寄生蟲(chóng)和真菌的鑒定方面近些年受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，其中在細(xì)菌檢測(cè)應(yīng)用最為廣泛。(4)紙質(zhì)微流控芯片是經(jīng)過(guò)多種加工修飾，使得紙上形成疏水網(wǎng)絡(luò)[8]，價(jià)格低廉且易于攜帶，但由于其機(jī)械韌性較差，方法復(fù)雜，制作時(shí)間長(zhǎng)，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。(5)非接觸電導(dǎo)檢測(cè)分析法是一種能檢測(cè)色譜柱流出的組分和其量的變化的儀器，其中的電導(dǎo)檢測(cè)器是離子色譜中最為常見(jiàn)的檢測(cè)器[9]。(6)介電泳分離技術(shù)是基于低壓電頻信號(hào)對(duì)中性粒子進(jìn)行特異性的操控的原理，其反應(yīng)速度快，可針對(duì)多種粒子，因而有更廣泛的應(yīng)用。在微流控系統(tǒng)中介電泳技術(shù)是實(shí)現(xiàn)粒子分離和富集的關(guān)鍵技術(shù)之一。(7)化學(xué)發(fā)光免疫分析法：化學(xué)發(fā)光免疫分析法是化學(xué)發(fā)光和免疫分析相結(jié)合而形成的一種新型的檢測(cè)方法，以化學(xué)發(fā)光試劑標(biāo)記抗原或抗體，與待測(cè)物經(jīng)過(guò)一系列的免疫反應(yīng)和理化反應(yīng)后，根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度判斷待測(cè)物的含量[10]。在微流控芯片上進(jìn)行化學(xué)發(fā)光檢測(cè)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，非常適合在微通道中進(jìn)行。

4 微流控芯片的發(fā)展趨勢(shì)及展望

隨著各種信息技術(shù)的快速發(fā)展微流控芯片技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升，主要表現(xiàn)在:(1)提高微流控芯片的精準(zhǔn)分析能力，并融合多種新技術(shù);(2)將互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與微流控芯片技術(shù)相結(jié)合。目前,芯片實(shí)驗(yàn)技術(shù)仍舊處于早期的研究階段，但芯片技術(shù)憑借著其顯著的優(yōu)勢(shì)以及巨大的商業(yè)價(jià)值，目前為止也仍然在迅速發(fā)展，特別是集PCR技術(shù)、毛細(xì)管電泳、熒光標(biāo)記于一身的微流控芯片，其在基因測(cè)序、基因表達(dá)、疾病診斷等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景已經(jīng)獲得人們的極大關(guān)注[11]。

過(guò)去十年中提出了很多快速檢測(cè)細(xì)菌的方法，如基于核酸(PCR，NASBA和RPA)，基于免疫學(xué)(ELISA，LFD和LAT)，以及基于生物傳感器(光學(xué)，電化學(xué)和基于質(zhì)量的生物傳感器)方法，但這些方法都存在許多不足[12]，無(wú)法滿足臨床對(duì)于病原微生物快速診斷及治療的需求。從目前發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，微流控芯片已經(jīng)突破了傳統(tǒng)及原有技術(shù)所帶來(lái)的難題，并且在眾多領(lǐng)域中有了更深層次的研究，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍于更多領(lǐng)域。相信在未來(lái)的幾年內(nèi)，以微流控技術(shù)為核心的技術(shù)將會(huì)取代更多的檢測(cè)系統(tǒng)，給人們帶來(lái)更便捷、安全、高效、靈敏的檢測(cè)產(chǎn)品。