微流體診斷儀概述

由謝國基(Samual Sia)以及哥倫比亞大學(xué)的合作者們開(kāi)發(fā)的微流體診斷儀mChip的塑料小芯片約在15分鐘內便能可靠地診斷艾滋病病毒和梅毒，而其制作費用僅為1美元。它能夠在芯片上將復雜的化驗過(guò)程簡(jiǎn)化執行，有助于在資源困乏的環(huán)境實(shí)現醫療診斷。目前，哈佛大學(xué)物理學(xué)家及其同事已經(jīng)實(shí)現了基于微流體芯片的測序技術(shù)，使個(gè)人基因測序費用下降到30美元。

謝國基在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“mChip的發(fā)明就是要令世界任何一個(gè)角落都可以進(jìn)行大規模的診斷測試，而非強逼患者到醫院診所抽血，然后等上數天才能有結果。”

便宜的艾滋病診療手段

目前世界上約有6400萬(wàn)人感染艾滋病毒，并以每天7000人的速度在增長(cháng)，其中包括1800位新生兒。在全球艾滋病感染者中，有70%居住在撒哈拉沙漠以南的非洲。艾滋病病毒不僅影響個(gè)人的健康，也影響到家庭、社區和國家的經(jīng)濟發(fā)展。

盡管早期診斷和治療，以及接觸前藥物的推廣，可以降低艾滋病并發(fā)癥的發(fā)生，但在貧窮的發(fā)展中國家，十分缺乏這樣的技術(shù)和設備。微流體(芯片實(shí)驗室)技術(shù)有望解決這一難題。項目參與者之一華裔科學(xué)家謝國基2010年獲得美國麻省理工學(xué)院百年期刊《技術(shù)評論》的世界青年科技創(chuàng )新家稱(chēng)號，就是為了表彰他在研發(fā)成本廉價(jià)的微流體芯片上所做的貢獻。

HIV抗體一般在感染病毒4周后逐漸出現，可延至終生，是人類(lèi)重要的檢測指標。檢測HIV特異性抗體，是診斷艾滋病的重要依據。酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)是國際上應用最早、發(fā)展最快，而且是最常用的HIV抗體檢測方法?；驹硎敲庖叻磻锬芎痛龣z樣品中相應的抗原或抗體結合成免疫復合物，再加入無(wú)色的酶，經(jīng)過(guò)催化或水解，會(huì )產(chǎn)生顏色。

用這種方法檢驗艾滋病，必須將血液樣本送到有資質(zhì)的實(shí)驗室進(jìn)行檢測，在非洲，衛生診所資源缺乏，無(wú)法完成復雜的檢測試驗。送到城市醫院則要花費數天乃至數十天的時(shí)間。

謝國基等人開(kāi)發(fā)的這套系統，能將復雜的試驗搬到芯片上進(jìn)行。這片類(lèi)似信用卡大小的芯片上包含有微型的連續U形測試管和化學(xué)物質(zhì)，只需要很少的樣本(約為1微升)就能完成反應，15分鐘內讀出檢測結果。檢測的反應試劑被放置于軟管中，由氣泡進(jìn)行分離，并利用注射器的簡(jiǎn)單抽拉使其進(jìn)入芯片。這些芯片可以通過(guò)注塑成型的工藝進(jìn)行量產(chǎn)，檢測流程不需要活動(dòng)部件、電流或外部測量?jì)x表。它能透過(guò)光學(xué)分析血液，并在15分鐘內顯示HIV的檢驗結果是陽(yáng)性還是陰性。和驗孕棒類(lèi)似，即使不是醫生，普通人也能透過(guò)顏色分辨是否感染艾滋病毒。如果希望檢驗結果更準確，可以把芯片放到檢驗盒內查看結果。

謝國基的研究組與哥倫比亞公共衛生學(xué)院、盧旺達衛生行政官員以及非政府健康組織合作，在盧旺達首都基加利進(jìn)行了四年的研究，對此設備進(jìn)行了測試。對于艾滋病病毒和梅毒的合并檢測，鑒別率為100%，假陽(yáng)性比率約在4%-6%之間——等同于標準實(shí)驗室的水平。

他們以數百位患者為研究對象，目前這一技術(shù)在艾滋病患者中的檢出率是100%。

微流體技術(shù)的前景

微流體技術(shù)是目前迅速發(fā)展的高新技術(shù)和多學(xué)科交叉科技前沿領(lǐng)域之一，它能夠將實(shí)驗室微型化，通過(guò)平面微細加工技術(shù)在固體芯片表面構建微流體分析單元和系統，以實(shí)現對細胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其他生物組準確、快速、大信息量的檢測。在生物醫學(xué)領(lǐng)域它可以使珍貴的生物樣品和試劑消耗降低到微升乃至納升級，并使分析速度成倍提高，成本成倍下降。

微流體技術(shù)不僅強調減小器件的尺寸，它著(zhù)重于構建微流體通道系統來(lái)實(shí)現各種復雜的微流體操縱功能，讓液體在流動(dòng)中完成一次實(shí)驗的諸多步驟。

為了推廣微流體技術(shù)在醫學(xué)快速診斷上的應用，2004年，謝國基和兩位同事共同創(chuàng )辦了卡拉洛斯診斷公司(Claros Diagnostics)。2007年，他們獲得Oxford Bio等創(chuàng )投公司的780元投資，先后開(kāi)發(fā)了用于檢測前列腺癌的儀器，該儀器已經(jīng)今年6月在歐洲取得了銷(xiāo)售許可。接著(zhù)，他們又改進(jìn)了芯片，使之能夠檢測艾滋病病毒、梅毒和肝炎，他們還在為資源匱乏的第三世界國家開(kāi)發(fā)B型和C型肝炎、皰疹以及瘧疾的檢測方法。

利用這種mChip芯片用作醫學(xué)診斷，并不是一次只能檢測一種疾病，譬如，在診斷艾滋病的同時(shí)，還能夠添加梅毒、肝炎之類(lèi)的附加檢測，而并不顯著(zhù)增加應用成本。

更多醫療電子信息請關(guān)注：21ic醫療電子頻道