微流控技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，為流體樣品、懸浮細(xì)胞和顆粒的處理和操作提供了一個(gè)極好的工具。大約30年前，第一個(gè)微流控設(shè)備被制造出來(lái)，主要旨在使分析方法小型化，特別是用于改善分析物的分離。從那時(shí)起，器件的制造和操作變得越來(lái)越容易。使越來(lái)越多的研究人員能夠設(shè)計(jì)、制造和使用微流控系統(tǒng)，這迅速提高了微流控技術(shù)在生命科學(xué)中廣泛應(yīng)用的潛力。每年都有許多新的微流控方法被報(bào)道用于觀察和操縱細(xì)胞、模擬器官、檢測(cè)生物標(biāo)志物和許多其他研究領(lǐng)域。

微流控技術(shù)對(duì)生物分析程序有多種好處。顯然，小型化的設(shè)備有助于處理和分析在μL至pL范圍內(nèi)的小樣品體積。相應(yīng)地，測(cè)定化合物的消耗量較低，從而降低了分析成本。在數(shù)字和液滴微流控中，樣品被進(jìn)一步分割成液滴。通過(guò)這種方式，創(chuàng)建了數(shù)千個(gè)離散的反應(yīng)室，這些反應(yīng)室可用于藥物發(fā)現(xiàn)、藥物測(cè)試、定向進(jìn)化或單細(xì)胞分析領(lǐng)域的高通量篩選。由于易于使用，微滴微流控平臺(tái)已被添加到生物學(xué)家的單細(xì)胞測(cè)序常規(guī)方法中，也稱為微滴測(cè)序。

微流控設(shè)備使其有可能將不同的功能模塊（或操作單元）集成在一個(gè)平臺(tái)上，并構(gòu)建微整體分析系統(tǒng)，正如在微流控早期所設(shè)想的那樣。報(bào)道了數(shù)字和液滴微流控集成系統(tǒng)的優(yōu)秀例子，其中幾個(gè)工藝步驟在單個(gè)平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)。同樣實(shí)現(xiàn)了分析前不同分離方法的串聯(lián)耦合，例如細(xì)胞懸浮液的串聯(lián)耦合。

本篇文章涵蓋了微流控技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展和發(fā)展，在之前的文章中，我們強(qiáng)調(diào)了微流控芯片、包括液滴微流控在內(nèi)的操作單元和微流控芯片的制造技術(shù)和材料的新發(fā)展。我們?cè)谶@里選擇了生物分析和診斷研究，重點(diǎn)是細(xì)胞外囊泡、生物標(biāo)志物的檢測(cè)和細(xì)胞研究。鑒于2020年由新冠病毒引起的疫情，我們還強(qiáng)調(diào)了用于病毒檢測(cè)和相關(guān)研究的微流控方法。

微流控生物分析和診斷中的選定應(yīng)用

微流控細(xì)胞操作

微流控平臺(tái)允許對(duì)細(xì)胞進(jìn)行有效的捕獲、定位和分析。通常，由于細(xì)胞聚集體和細(xì)胞碎片，在將細(xì)胞裝載到通道中的第一步中會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，Calistri等人開(kāi)發(fā)了一種微流控系統(tǒng)，通過(guò)光學(xué)觸發(fā)控制單個(gè)細(xì)胞進(jìn)入通道。這在分析組織和腫瘤的情況下可能會(huì)特別有幫助，因?yàn)樗枰诜治鰡蝹€(gè)細(xì)胞之前完全解離細(xì)胞的步驟。一旦供應(yīng)到微流控裝置中，細(xì)胞就可以被捕獲并暴露于化學(xué)梯度，Chen等人利用了這一點(diǎn)。他們對(duì)HeLa細(xì)胞進(jìn)行了動(dòng)態(tài)單細(xì)胞研究，并研究了鈣信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)三種不同激動(dòng)劑的響應(yīng)。研究表明，更大的生物體（如秀麗隱桿線蟲(chóng)）也可以被捕獲并暴露于具有空間、時(shí)間和強(qiáng)度控制的刺激下。在另一種方法中，將腫瘤切片放置在無(wú)底40孔板內(nèi)，置于多孔膜上。通過(guò)多孔膜下的微通道網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多重藥物暴露，并采用熒光活/死細(xì)胞測(cè)定法來(lái)確定治療效果。

微流控細(xì)胞測(cè)定和細(xì)胞分選

通過(guò)分選分析懸浮細(xì)胞群體是一項(xiàng)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)，在過(guò)去的幾十年里，已經(jīng)引入了許多微型熒光激活細(xì)胞分選儀。Hamza等人最近證明了一種從小鼠血液中分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的實(shí)驗(yàn)性方法。他們將小鼠血液引入細(xì)胞分選儀中，以提取和分析CTC，同時(shí)將CTC貧化的血液重新注射到小鼠中。這促進(jìn)了對(duì)腫瘤進(jìn)展的長(zhǎng)期觀察和對(duì)同一小鼠數(shù)周的治療。此外，Pritchard等人發(fā)明了一種渦流驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞分選儀，該分選儀將細(xì)胞的慣性聚焦與熱蒸汽氣泡相結(jié)合，用于分選熒光標(biāo)記的細(xì)胞。Zhou等人引入了一種微型轉(zhuǎn)運(yùn)體，其中慣性聚焦與高精度聲脈沖相結(jié)合。對(duì)于單細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)的等溫?cái)U(kuò)增（RT-LAMP）信使核糖核酸檢測(cè)，Chung等人提出了一種集成的液滴分選和合并平臺(tái)。不是在連續(xù)的基于液滴的工作流程中進(jìn)行信使核糖核酸，這些平臺(tái)將液滴生成/分選與固定液滴配對(duì)相結(jié)合，以避免設(shè)備間轉(zhuǎn)移或流同步的需要（圖1B）。樣品和試劑都被點(diǎn)到存儲(chǔ)陣列上，并通過(guò)電流體動(dòng)力合并，從而允許RT-LAMP反應(yīng)與熒光讀數(shù)。對(duì)于25μL的典型反應(yīng)體積，論證了同時(shí)進(jìn)行676 scRT LAMP反應(yīng)的可能性。

圖1 具有多個(gè)操作單元的液滴分流平臺(tái)。（A） 同步上清液分析和細(xì)胞分選的工作流程。在分裂成兩個(gè)子液滴后，注入細(xì)胞毒性化學(xué)傳感器并通過(guò)熒光光譜進(jìn)行分析。然后可以根據(jù)熒光信號(hào)對(duì)包含細(xì)胞的另一個(gè)同步液滴進(jìn)行分選并隨后培養(yǎng)。（B） 使用Sort N′Merge平臺(tái)的單細(xì)胞RT-LAMP測(cè)定示意圖。產(chǎn)生含有RT-LAMP反應(yīng)物的液滴和具有裂解緩沖液的單細(xì)胞，并將其分選到存儲(chǔ)裝置中，并填充配對(duì)合并。成對(duì)的液滴通過(guò)電流體動(dòng)力合并，從而允許RT-LAMP反應(yīng)，然后進(jìn)行基于成像的熒光測(cè)量。

其他細(xì)胞儀應(yīng)用需要采集和分析圖像，這在商業(yè)細(xì)胞儀中是不可能的。Isozaki等人解決了高速圖像分析的這一挑戰(zhàn)，他們展示了快速智能圖像激活細(xì)胞分選，而Yalikun等人強(qiáng)調(diào)了可變形通道壁對(duì)基于圖像的細(xì)胞術(shù)的影響。Sesen和Whyte進(jìn)一步引入了液滴中基于圖像的細(xì)胞分選。

微流控分泌化合物的分析

微流控技術(shù)還特別改進(jìn)了細(xì)胞分泌化合物的分析，因?yàn)樗鼈兛梢苑e聚在微制造的隔間或液滴中。最近，引入了一種用于基于活性的抗體篩選和測(cè)序的高通量單細(xì)胞平臺(tái)。其針對(duì)分泌lgG的原代細(xì)胞來(lái)表征針對(duì)可溶性或膜抗原的抗體結(jié)合特性。因此，需要兩種工作流程，均采用基于液滴內(nèi)熒光信號(hào)的空間分布的單細(xì)胞劃分和分選。

化學(xué)傳感器可能對(duì)細(xì)胞有害，并可能誘導(dǎo)表型變化，尤其是對(duì)干細(xì)胞。為了克服這一瓶頸，最近提出了一種基于液滴的平臺(tái)，該平臺(tái)可以拆分單細(xì)胞液滴進(jìn)行分泌分析（圖1A）。首先將單個(gè)干細(xì)胞包封到液滴中并產(chǎn)生白蛋白。在分裂液滴后，將細(xì)胞毒性白蛋白傳感器添加到?jīng)]有細(xì)胞的子液滴中，并通過(guò)熒光光譜進(jìn)行分析。此外，Hsu等人將水凝膠傳感器與靶細(xì)胞一起嵌入水滴中。在培養(yǎng)和產(chǎn)生細(xì)胞因子后，對(duì)液滴進(jìn)行乳化處理，并通過(guò)免疫測(cè)定分析載有細(xì)胞因子的水凝膠傳感器。通過(guò)水凝膠傳感器的加熱和收縮實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的信號(hào)增強(qiáng)。代替液滴、孔或瓣膜定義的微室也可用于分泌物研究。細(xì)胞因子的定量，有助于評(píng)估免疫反應(yīng)，是在帶有集成生物傳感器的多孔微流控平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。最近，報(bào)道了CTC的分離效率超過(guò)95%，并對(duì)其蛋白質(zhì)分泌進(jìn)行了定量。在CTC的大小選擇性捕獲后，通過(guò)基于磁珠的檢測(cè)法測(cè)定粒細(xì)胞生長(zhǎng)刺激因子的分泌水平，LOD為1.5 ng mL^–1。

微流控診斷應(yīng)用程序

血細(xì)胞分離

許多診斷方法使用液體活組織檢查，即血液取樣和分析。微流控技術(shù)在該過(guò)程中是有益的，因?yàn)樗鼈兛梢杂糜诜蛛x血液成分，如紅細(xì)胞和白細(xì)胞、血小板或脂質(zhì)顆粒，或捕獲特定類型的靶細(xì)胞，如CTC。例如，確定性橫向位移（DLD）可用于按大小分離血細(xì)胞、血小板和摻入的稀有細(xì)胞。在兩步過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了更有效的分離，其中第一分離步驟基于螺旋慣性微流控，第二步驟使用DLD。DLD陣列中的尖銳邊緣使通過(guò)的細(xì)胞變形，其可用于可變形性研究，并通過(guò)可變形性分離。Kim等人介紹了一種在60μL min^–1的高流速下一步純化白細(xì)胞（WBC）的方法。它協(xié)同結(jié)合了一個(gè)傾斜陣列的WBC富集單元作為通量增強(qiáng)器和一個(gè)傾斜的、不對(duì)稱的WBC洗滌單元作為純度增強(qiáng)器。在類似的背景下，朱等人構(gòu)建了一個(gè)用于快速提取白細(xì)胞的慣性微流控立方體。Tohner及其同事最近報(bào)道了一種用于從血液樣本中捕獲CTC的高度集成設(shè)備。它在單個(gè)平臺(tái)上結(jié)合了慣性聚焦、微流控過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和磁性分選。

在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上執(zhí)行用于分析血液的另一種方法。它利用密度梯度離心進(jìn)行全血計(jì)數(shù)，與自動(dòng)血液分析儀相比，準(zhǔn)確度>95%。

用于檢測(cè)生物標(biāo)志物的臨床微流控設(shè)備

微流控技術(shù)是臨床應(yīng)用或分散測(cè)試的理想選擇，得益于其占地面積和便攜性。介紹了一種可穿戴液滴微流控系統(tǒng)，用于組織生物化學(xué)的實(shí)時(shí)采樣和測(cè)量。螺桿驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)泵同時(shí)將灌注液送入微透析探針，并將所得透析液提取到裝置中。隨后立即將樣品-試劑混合物分割成液滴，用于基于吸光度的葡萄糖和乳酸測(cè)量。使用具有梯度孔徑的3D微孔中空纖維膜來(lái)捕獲細(xì)胞并允許較小分子的擴(kuò)散。只需要5μL的少量樣品，并通過(guò)毛細(xì)管力給藥。通過(guò)將不同的分析試劑固定在膜框架上，可以檢測(cè)到葡萄糖等生物分子。

圖2 用于臨床診斷的便攜式微流控設(shè)備。（A） 螺桿驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)泵同時(shí)將灌注液送入微透析探針，并將所得透析液提取到裝置中。然后在液滴形成和分析（例如葡萄糖）之前將透析液與試劑混合。結(jié)果通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。（B）表皮微流控汗液傳感器的概述，允許對(duì)肌酸酐和尿素進(jìn)行定量比色分析，這是腎臟疾病的相關(guān)生物標(biāo)志物。

此外，開(kāi)發(fā)了一種三層分層結(jié)構(gòu)的微流控芯片，以量化具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍的多種生物標(biāo)志物。通過(guò)控制捕獲抗體濃度并因此控制化學(xué)發(fā)光讀出信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍。對(duì)于同時(shí)分析的三個(gè)靶標(biāo)之一的C反應(yīng)蛋白，他們報(bào)告的動(dòng)態(tài)范圍為3.13–100 mg L^–1，LOD為1.87μg mL^–1。此外，Shin等人展示了一種用于基于自主適體的分子檢測(cè)的集成微流控設(shè)備。該設(shè)備接受全血樣本，將全血樣本與試劑一起引入芯片。將血細(xì)胞通過(guò)水刺法移到真空柱上。血漿到達(dá)腔室，在腔室中檢測(cè)到標(biāo)志物凝血酶。為了對(duì)與腎臟疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物進(jìn)行比色分析，提出了一種較溫和的微流控系統(tǒng)（圖2B）。它非常有吸引力，因?yàn)樗潜粍?dòng)收集汗液，無(wú)創(chuàng)且易于患者使用。此外，這種應(yīng)用于表皮的設(shè)備可以通過(guò)適當(dāng)?shù)谋壬珳y(cè)定法檢測(cè)生理相關(guān)水平的肌酸酐和尿素。此外，對(duì)供體腎臟的生存能力評(píng)估可以改善移植的結(jié)果。因此，開(kāi)發(fā)了一種便攜式微透析液實(shí)時(shí)分析平臺(tái)來(lái)監(jiān)測(cè)組織代謝產(chǎn)物?；卺橆^的生物傳感器檢測(cè)葡萄糖和乳酸，并通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)應(yīng)用程序。

Cunningham及其同事開(kāi)發(fā)了一種可主動(dòng)捕獲和數(shù)字計(jì)數(shù)分析的自供電微流控設(shè)備，通過(guò)免疫分析檢測(cè)蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物。除了便攜性之外，該方法的靈敏度對(duì)于檢測(cè)低濃度生物標(biāo)志物也是重要的。Tokeshi及其同事提出了對(duì)疾病生物標(biāo)志物非常敏感的免疫測(cè)定法，其中捕獲抗體固定在通道壁上，以提高檢測(cè)極限。

細(xì)胞外囊泡（EV）

分子生物學(xué)中EV指細(xì)胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EVs），按照生物合成機(jī)制的不同，目前至少發(fā)現(xiàn)了兩種EV，即細(xì)胞外泌體和sMV。sMV也經(jīng)常被稱作超微小泡（microvesicle）、核外顆粒體（ectosome）和微粒（microparticle）。我們主要根據(jù)大小來(lái)區(qū)分細(xì)胞外泌體和sMV。外泌體的直徑約為30~150 nm，而sMV的直徑則在50~1300 nm。而且，這兩種EV大小可能會(huì)有重疊。值得注意的是，某些EV的大小還會(huì)受儲(chǔ)存條件的影響。

細(xì)胞分泌的外泌體被認(rèn)為是診斷各種疾病的有價(jià)值的生物標(biāo)志物，如癌癥，以及潛在的藥物遞送載體。它們含有來(lái)源細(xì)胞的表面標(biāo)記物、蛋白質(zhì)和RNA，并且很容易通過(guò)液體活檢獲得，因?yàn)樗鼈兇嬖谟谘?、尿液和唾液中。然而?/span>EVs必須從這些體液中富集和分離，以進(jìn)行進(jìn)一步分析。Nagrath及其同事利用一種與兩種黑色素瘤特異性抗體MCAM和MCSP結(jié)合的微型設(shè)備，從全血中捕獲黑色素瘤細(xì)胞周期蛋白腫瘤細(xì)胞和外泌體。通過(guò)結(jié)合光學(xué)沉積物的原位酶促擴(kuò)增和表面等離子體共振，從被診斷為阿爾茨海默病的患者的血液樣本中分析外泌體群體。與其他此類平臺(tái)相比，優(yōu)化了幾個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高度靈敏的多路檢測(cè)。Mathew等人在微流控裝置中開(kāi)發(fā)了一種前列腺癌癥細(xì)胞系EV測(cè)定法，通過(guò)結(jié)合納米叉指狀電極上的氧化還原循環(huán)、酶反應(yīng)和三明治免疫測(cè)定，能夠檢測(cè)全血中發(fā)生的相同EV濃度范圍。另一組提出了一種前列腺癌癥診斷技術(shù)，通過(guò)使用分子信標(biāo)和抗體原位檢測(cè)外泌體miRNA和表面蛋白。

劉等人使用熱泳法富集用熒光標(biāo)記的細(xì)胞外囊泡，并通過(guò)線性判別分析算法對(duì)其進(jìn)行分類。因此，獲得了232份血清樣品中EVs的表面蛋白圖譜，發(fā)現(xiàn)了6種I至IV期癌癥類型，對(duì)I期癌癥的敏感性為95%。通過(guò)用DNA適體標(biāo)記EV，然后用λ-DNA介導(dǎo)的粘彈性微流控標(biāo)記EV，基于微流控共流裝置中的尺寸和標(biāo)記物表達(dá)在2D中分析單個(gè)EV。因此，可以使用算法分析具有不同HER2表達(dá)的乳腺細(xì)胞系和癌癥患者的EV亞群。

分離納米尺寸的顆粒一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。幾位研究人員開(kāi)發(fā)了微流控技術(shù)，有效地克服了這些困難。例如，Zhang和Lyden提供了不對(duì)稱流場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)（AF4）的詳細(xì)方案，適用于分離和進(jìn)一步表征細(xì)胞外囊泡，如外泌體。集成到底壁中的半容許膜允許過(guò)濾低于截止尺寸的納米顆粒。具有較大顆粒范圍的樣品可以僅由于其擴(kuò)散系數(shù)的差異而被分離。因此，AF4提供了一種無(wú)標(biāo)記、溫和和快速的方法，可以在1小時(shí)內(nèi)以1 nm的分辨率分離細(xì)胞外納米顆粒。此外，將納米顆粒跟蹤分析與AF4相結(jié)合，能夠在線分離和計(jì)數(shù)50至200 nm大小的聚苯乙烯顆粒。

微流控病原菌鑒定及耐藥性檢測(cè)

快速檢測(cè)病原體的抗生素敏感性可以幫助醫(yī)生選擇治療細(xì)菌感染的最佳藥物混合物。比如有一種能夠同時(shí)篩選四種細(xì)菌/藥物組合的新設(shè)備，通過(guò)并行化測(cè)試可以提高吞吐量。細(xì)菌細(xì)胞包封后，將液滴轉(zhuǎn)移到四個(gè)集成的微滴陣列中。每個(gè)陣列都有8000多個(gè)對(duì)接點(diǎn)，在這些對(duì)接點(diǎn)中對(duì)擴(kuò)散進(jìn)行了評(píng)估。與傳統(tǒng)方法的16-24小時(shí)相比，其30分鐘的測(cè)定時(shí)間明顯更快。另一種微流控設(shè)備允許在單細(xì)胞水平上進(jìn)行快速分類和易感性測(cè)試，其中病原體通過(guò)毛細(xì)管力加載到通道中。這些能力在臨床樣本中得到了展示，在大約30分鐘內(nèi)測(cè)試抗生素反應(yīng)中，根據(jù)大小和形狀識(shí)別病原體。此外，Coudron等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于自動(dòng)免疫測(cè)定的數(shù)字微流控平臺(tái)，利用全磁分離過(guò)程進(jìn)行快速檢測(cè)。該設(shè)備與電潤(rùn)濕耦合空氣采樣器兼容，并在6至10分鐘內(nèi)完成自動(dòng)免疫測(cè)定。為了研究微生物群落的種間相互作用和環(huán)境依賴性，提出了一種液滴微流控芯片，其中顏色編碼的種液滴在微孔中隨機(jī)合并。通過(guò)熒光蛋白表達(dá)和呼吸驅(qū)動(dòng)的刃天青還原進(jìn)行表型分析。這個(gè)所謂的kChip被用來(lái)篩選100?000個(gè)多物種群落，包括多達(dá)19個(gè)土壤微生物分離株，以確定促進(jìn)模式植物共生體生長(zhǎng)的集合（圖3B）。

圖3 囊泡和液滴的高度平行分析。（A） 用于測(cè)試膜活性藥物對(duì)單個(gè)脂質(zhì)囊泡療效的微流控平臺(tái)。該平臺(tái)由囊泡形成模塊和8個(gè)單獨(dú)的腔室組成，每個(gè)腔室包含372個(gè)囊泡陷阱的陣列。通過(guò)熒光成像進(jìn)行評(píng)價(jià)。（B） 通過(guò)合并液滴大規(guī)模并行構(gòu)建和篩選微生物群落。液滴的含量以顏色代碼為特征。群落表型可以通過(guò)光學(xué)測(cè)定進(jìn)行跟蹤，包括熒光蛋白表達(dá)和呼吸驅(qū)動(dòng)的雷沙祖林還原為熒光產(chǎn)物試鹵靈。

一類新的有前景的抗菌藥物是多肽，它具有膜溶解特性。為了估計(jì)這些特性，開(kāi)發(fā)了一個(gè)在分離室中產(chǎn)生和捕獲脂質(zhì)囊泡的平臺(tái)。將染料填充的囊泡連續(xù)暴露于不同濃度的抗菌劑Cecropin B中，并且可以通過(guò)熒光強(qiáng)度的降低來(lái)估計(jì)時(shí)間依賴性效應(yīng)（圖3A）。

微流控病毒檢測(cè)

2020年由新冠病毒引起的疫情表明了敏感、快速和廉價(jià)的病毒檢測(cè)方法及其可用性的重要性。最近的幾項(xiàng)研究表明，微流控技術(shù)可以對(duì)需求做出重大貢獻(xiàn)。Ackerman等人開(kāi)發(fā)了一種基于CRISPR的多路復(fù)用平臺(tái)，用于檢測(cè)多達(dá)169種人類相關(guān)病毒。平臺(tái)的小型化將試劑成本降低了300倍，使其能夠負(fù)擔(dān)得起患者樣本的高通量和寬覆蓋測(cè)試。建立一個(gè)高度靈敏和快速的基于CRISPR的平臺(tái)，從樣本到檢出的檢測(cè)時(shí)間約為50分鐘。與此同時(shí)，Lin等人使用抗原與熒光讀數(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)小于15分鐘的檢測(cè)時(shí)間。PRESCIENT平臺(tái)位于用于快速檢測(cè)病毒中和抗體的集成微流控平臺(tái)中。在單細(xì)胞水平上進(jìn)行病毒對(duì)抗體的易感性。抑制病毒傳播的另一種方法是破壞病毒的生命周期。病毒外殼包裹病毒遺傳物質(zhì)的蛋白質(zhì)，通過(guò)多循環(huán)電阻脈沖傳感平臺(tái)進(jìn)行了研究。病毒顆粒通過(guò)四個(gè)連續(xù)的納米孔來(lái)回驅(qū)動(dòng)，每次都給出檢測(cè)信號(hào)。病毒顆粒通過(guò)納米孔之間的時(shí)間與病毒顆粒的大小相關(guān)。這種方法可以在一個(gè)時(shí)間差內(nèi)區(qū)分病毒顆粒大小，并為研究病毒自組裝過(guò)程提供了強(qiáng)有力的工具。

特別是在全球疫情中，最重要的是可以在現(xiàn)場(chǎng)快速進(jìn)行病毒檢測(cè)，優(yōu)先在POC設(shè)備上進(jìn)行。因此，Hedde等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)模塊化微陣列成像平臺(tái)，用于高度選擇性和特異性檢測(cè)病毒，如新冠病毒。他們開(kāi)發(fā)的平臺(tái)顯示出與常用的讀板器相似的靈敏度，但價(jià)格低100倍。McRae等人開(kāi)發(fā)的另一種臨床設(shè)備能夠定義患者病程的嚴(yán)重程度，從而促進(jìn)臨床環(huán)境中的決策。姜等人開(kāi)發(fā)了一種用于病毒檢測(cè)的微流控POC平臺(tái)，該平臺(tái)提供用于病毒裂解和RNA提取的試劑的存儲(chǔ)和遞送。與不需要任何實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的市售提取試劑盒相比，該系統(tǒng)在RNA富集方面實(shí)現(xiàn)了類似的靈敏度水平。此外，越來(lái)越多的POC設(shè)備使用智能手機(jī)作為用戶界面。開(kāi)發(fā)了一種被動(dòng)和自驅(qū)動(dòng)的微流控平臺(tái)，該平臺(tái)能夠通過(guò)集成的比色傳感器實(shí)現(xiàn)高靈敏度的讀數(shù)。結(jié)果會(huì)自動(dòng)發(fā)送到連接的智能手機(jī)。此外，Minagawa等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于流感病毒數(shù)字檢測(cè)的成像平臺(tái)。最近，一種自主POC設(shè)備被報(bào)道用于在全血中快速檢測(cè)HIV。它利用了一種新的RT-LAMP測(cè)定法，其試劑可以在較為干燥的室溫下儲(chǔ)存3周。擴(kuò)增后，通過(guò)側(cè)流免疫測(cè)定法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行可視化，每個(gè)反應(yīng)的靈敏度為3×10⁵個(gè)病毒拷貝。

結(jié)論與展望

由于微流控占地面積小且具有集成的可能性，微流控平臺(tái)是臨床上進(jìn)行診斷測(cè)量的寶貴工具。這可以取代對(duì)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室的需求，并提供支持患者選擇治療方法的快速檢測(cè)結(jié)果，例如，選擇抗生素治療感染，以及進(jìn)行疾病監(jiān)測(cè)以評(píng)估所選擇的治療方法。臨床設(shè)備應(yīng)非常堅(jiān)固且易于使用，以便排除用戶錯(cuò)誤。同樣，結(jié)果應(yīng)該是清晰可見(jiàn)的，并基于簡(jiǎn)單的分析方法，例如比色測(cè)定或智能手機(jī)輔助檢測(cè)。然而，在低資源環(huán)境中廣泛商業(yè)化和使用變得可行之前，仍然需要進(jìn)行重大優(yōu)化。對(duì)病毒感染快速檢測(cè)的迫切需求將積極推動(dòng)研究，以提高穩(wěn)健性和再現(xiàn)性，以及簡(jiǎn)單、用戶友好的操作。

微流控的跨學(xué)科性質(zhì)需要來(lái)自不同背景和具有不同專業(yè)知識(shí)的研究人員的協(xié)同努力。近年來(lái)，這種合作越來(lái)越成功，微流控在生命科學(xué)中的接受度越來(lái)越高，必將在不久的將來(lái)推動(dòng)當(dāng)前的趨勢(shì)。