POCT产品开发:基于微流控的POCT诊断技术

技术创新和新兴的诊断试验在早期疾病检测、诊断和护理方面发挥了重要作用。POCT (Point of care), 即时检测或者床旁检测,它可以通过配套的试剂和便携式的仪器来实现快速诊断。在过去十年中,与传统的实验室检测相比,POCT已被广泛接受为一种快速且高成本效益的诊断工具,尤其是在低资源环境下发挥着巨大的作用。

POCT的优点包括操作简单,不需要受过培训的专业人员,具有成本效益,易于批量制造,快速周转时间等。

为了在资源有限的地区满足诊断检测需求,世界卫生组织对诊断系统提出指南-产品应具有价格合理,灵敏度高,特异性高,用户友好,快速且准确,小型设备以及可交付给最终用户的特征。而这些特征恰好可以通过新兴的微流控技术得以实现。微流控POCT仪器广泛应用于分子生物学、免疫、化学和生化分析等领域,其能够在单个部件中进行检测和流体调节,提高小体积检测目标分析物的灵敏度和特异性,克服了使用传统POCT诊断时遇到的挑战。

下面我们将讨论最常见的微流控POCT诊断技术

侧向流动分析技术

该技术的原理源自侧向流动试验,用于诊断类风湿性关节炎。侧向流动分析技术最早出现在20世纪60年代末,用于检测血清中的蛋白质。

侧向流动测试主要可分为两类:侧流免疫分析试验,其中抗体用于识别抗原、蛋白质或激素。

侧流核酸试验,其中DNA/RNA寡核苷酸或人工合成的短单链DNA/RNA序列称为适体,用作生物识别元件。

优势

侧向流动测试完全符合世界卫生组织确定的目标产品概要多项标准。这项技术已显示出一致的可重复性和特异性,并能快速出结果。由于低生产成本、便携性和易用性,这些测试适合在发展中国家和资源有限的国家广泛使用。

挑战

使用侧向流动测试的挑战是:敏感性较低,试验的准确性取决于抗体的质量和制备,分析时间取决于样品的物理性质,例如,如果样品太粘稠,分析可能需要更长的时间,获得的结果是定性或半定量的,而有些疾病需要准确的定量结果,才能在诊断方面做出正确的决定,可能需要额外的设备,由于侧向流动测试依赖于固定化的蛋白质和抗体作为配体,批次间的可变性和抗体交叉反应,为多重分析带来挑战。

核酸扩增技术

尽管侧向流动技术已广泛用于通过抗体和核酸检测病原体和蛋白质,但由于检测技术落后,缺乏敏感性和特异性,因此检测需要采用新技术-核酸扩增试验来完善。核酸扩增测试的工作原理是基于核酸双链互补配对原则的核酸杂交技术,技术人员合成一段与特定病原体 DNA 或者 RNA 互补的单链核酸序列作为探针,并用生物素、放射性同位素、酶等进行标记,让其与待测病原体的核酸进行杂交。如果探针能与待测病原体的核酸互补配对,便能观察到标记物的信号,这样就可以证实待测病原体的种类。因此,核酸扩增技术是一种高度特异和敏感的疾病诊断工具。

优势

核酸扩增分析可以完全自动化,是能够在资源匮乏的环境下执行样品进结果出的良好解决方案。由于核酸扩增分析需要少量样本来扩增目标DNA/RNA,因此基于微流控技术的POCT核酸检测是一种敏感、特异且易于使用的疾病检测工具。

挑战

使用核酸扩增检测的挑战是:使用常规PCR进行核酸扩增需要复杂且笨重的热循环设备、更高的功能消耗和更长的周转时间,检测需要额外的DNA/RNA提取和纯化步骤,这增加了结果的复杂性和检测时间的延迟,检测的诊断性能取决于所用样品的类型,并且可能受到未处理样品中存在的扩增抑制剂的影响,等温扩增技术(如LAMP)需要三个以上的引物,因此存在形成引物二聚体的高风险,这可能导致假阳性并破坏POC测试结果的准确性。

从21世纪初期就开始研究和应用微流控技术的ITL集团,是一家涉及微流控技术创新与优化改进的研发型企业,是少数有能力结合微流控技术和即时诊断技术的IVD仪器设计开发公司之一,力求将当下的微流控等先进的技术与生物化学,医学诊断和信息技术等相结合,优化仪器性能,创造将新技术转化为商业化产品的创新方法,助力国内IVD企业创造具有竞争力的,紧跟时代的即时诊断产品。

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