高通量多抗原微流螢光免疫分析技術-過往研究為今天的方向奠基

2020-11-13 POCTer

PDMS（聚二甲基矽氧烷）微流控晶片早在2020年間就已經相對成熟。2000-2005這段時間，還可以見到關於PDMS晶片加工技術的討論，亦或是一些新型的晶片材料，也有一些對PDMS表面處理的嘗試。不過總體來說，2005年以後的微流控研究方向都集中在生物學應用中。諸如dPCR、dELISA等重要的技術就是在近15年中發表並部分產業化的。回看2005年，微流控技術向生物醫學方向集體轉向，從那時起，無數的重要文章見證了這一技術的成功。今天分享一篇2006年南加州大學、加州理工、斯坦福合作報導的高通量多抗原微流螢光免疫分析平臺，做站在巨人肩膀上的人，以管窺當年人們的巧思，一探個性化診斷的前世今生。

聚二甲基矽氧烷是微流控晶片最重要的材料

主題

對去中心化的快速高通量診斷設備的需求始終存在。為了取代傳統的集中實驗室式的檢測中心，新的床旁診斷系統必須具有多靶標、高穩定性、易操作以及足夠的精度與特異性識別能力。

為此，南加大課題組開發了這款擁有100個微腔室，可以對10個樣本進行5個測試（每個測試進行兩次）的PDMS晶片。傳統的金標準ELISA需要昂貴的儀器與最長14天的等待時間。得益於微流控的尺度效應，採樣量、試劑消耗、等待時間都將大大縮減。樣本需求從0.5-2mL降低到100nL。

傳統的檢測方式——試管採樣、顯色反應、比色檢驗

PDMS晶片加工採用傳統的方法，翻模、烘烤等步驟加工出高為9-10μm的通道。控制通道長方形，整個加工過程在潔淨間完成。

在夾心免疫分析中，對目標分析物（抗原）具有特異性的單克隆抗體會結合到表面。接下來，使樣品與該表面接觸，從而抗體捕獲所包含的抗原。南加大課題組實現了對10組目標檢測物的各5項檢測。其中微通道的設計，微泵微閥的布置均對整個晶片系統的運轉功不可沒。

創新

擁有100個腔室的PDMS晶片允許對10個樣品中的每一個進行5個測試，每個樣品測試組合有2個腔。

片上設計有控制通道來傳遞壓力，以打開和關閉微型閥；微型閥沿著微通道，約束壓力驅動的試劑進樣。中央測試矩陣中流動通道的每個交叉點都構成一個微腔，在該腔中構建了一個免疫堆棧。最終使得檢測到的螢光信號量化捕獲的抗原。

在每個檢測單元中，梳狀瓣膜陣列封閉了五個測試中每對免疫檢測腔室。閥陣列以固定的間隔時間沿圓周方向進樣進行檢測。

現在仍廣泛使用的96孔板，操作次數更多

在經過血液樣本的測試後，濃度範圍10 pM至100 nM均為有效檢測濃度。CRP測試表明，系統在10至300 pM之間是線性的，此後信號飽和。

不足

過於複雜的微系統，有進出樣口共計54個，對操作提出來很高的要求。微閥與微泵的使用條件也較為苛刻。如果進行商品化的落地，可能需要進行較多的改動和魯棒設計。事實證明，之後的高通量螢光免疫檢測方法逐漸拋棄了這種單純在片上腔室內進行反應的策略，轉而採用更加高速且準確的液滴方案或微坑方案。

在之後的文章中，筆者將循序漸進，按照技術發展的順序與邏輯，揭開微流控螢光免疫分析技術的神秘面紗。

引用

Kartalov EP, Zhong JF, Scherer A, Quake SR, Taylor CR, Anderson WF. High-throughput multi-antigen microfluidic fluorescence immunoassays. Biotechniques. 2006 Jan;40(1):85-90. doi: 10.2144/000112071. PMID: 16454045.

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