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当PCR“遭遇”微流控芯片技术 何去何从  

2016-02-22 13:06:51|  分类: 仪器耗材 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[导读] PCR核酸诊断技术虽经典,但难以满足现今检验检疫需求,而微流控技术的应用平台通常被设计成小型芯片,既含盖微流体操作系统又满足实验结果的分析功能。由于芯片实验室排污很少,所以被称作是一种“绿色”技术。

  

香港特别行政区 食品安全中心

  PCR核酸诊断技术虽经典

  但难以满足现今检验检疫需求

  现今的流感病毒检测,主要还是依赖基于PCR原理的核酸检测方法,是目前为止使用最广泛的快速有效的诊断方法,也在突发传染病应急工作中发挥巨大的作用。

  目前广泛运用的PCR实时检测技术(real-time,RT-PCR)是基于PCR检测流程中引物和探针对流感病毒的特异基因进行识别与扩增,对流感病毒进行检测及分析的诊断方法。

  尽管RT-PCR检测已经是现今适用范围最广,速度最快的检测方法,但其仍然不能满足社会要求。这是因为RT-PCR的实验操作过程繁复,除了需要提取样品的RNA/DNA,还需要经过数小时的基因扩增才能满足结果的可靠性。

  不得不承认的是,PCR实时检测技术已经比以往的检测方法快速很多,但是即使整个检测过程顺畅也需要一天的时间去预处理试验样品和分析检测结果,仍然很难满足现今检验检疫的需求。

  为什么说RT-PCR检测很难满足现今检验需求?

  对于流感病毒来说,检测时间越长,传播风险就越大,因为流感病毒可以通过呼吸渠道传播。打个比方,如果100只食用鸡要从深圳运往香港,在关口需要进 行检疫,如果抽30个样,而由抽样到诊断结果与分析的过程至少要至下午甚至第二天早上,在这段接近一天的检疫过程中,已经足够让流感病毒在检疫动物群中散 播。

  

基于PCR的检测需要花很多时间在扩增上

  现今检测方法中,影响时间的最重要因素最主要是量,量不仅影响检测下限(detection limit/LOD),而且还会增加检测所需的时间。

  随着外界对样品检测结果的精度要求及检测效率的提高,业界和科学家们渐渐的把检测方案的技术创新转向微流控设备上,旨在利用微流体的高效技术在缩短检测时间的同时,还能提高检测的准确性和敏感性。

  微流控芯片技术的特点——微量、高效、节省

  微流控技术在各方面都体现了其“微”的特性,微流控技术的应用平台通常被设计成小型芯片,既含盖微流体操作系统又满足实验结果的分析功能。

  

微流控芯片 (MIT)

计算机芯片 (nipic)

  50年前,微电子技术创造了信息科学的革命性发展,而芯片实验室将在不久的未来,对科学的技术与分析以及相关应用产生至关重要的作用,或将成为人类社会里程碑性的革新。

  我们知道,计算机芯片微化了计算程序,而芯片实验室将使实验室微型化。

  例如在生物医学领域,它不仅可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到皮升甚至纳升级,而且能够极速提高分析速度并同时降低成本;在合成化学领域,它可以 使本需要在一个大实验室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的分析和合成,可以在一块小至几平方厘米的芯片上花很少量样品和试剂并在很短的时间完成大量实 验;在分析化学领域,它可以使以前大的分析仪器变成平方厘米尺寸规模的分析仪,将大大节约资源和能源。

  总而言之,由于芯片实验室排污很少,所以被称作是一种“绿色”技术。

  近年来,香港政府极力推动生物科学在香港本土的发展。作为中国大陆与国外的特殊枢纽,香港有着无与伦比的优势,再加上香港本土的几所出色大学,尤其香 港大学、香港科技大学,中文大学在生物科技上的优异成果与在内地交流上的不断推动,使得生物科技产业在香港不断壮大,所以香港科学院也专门地设立了生物技 术中心保证生物科技在香港的可持续发展。

  香港本土研究性的生物科技企业SBT(Sanwa BioTech)是香港是香港生物科技创新发展的成功模范。自2012年建立以来,其与德国研究机构和香港本土纳米研究院亲密合作,自主研发出微流控芯片 实验室快速检测平台,其吸引诊断市场的亮点在于“能在15分钟内利用一滴血液样品检测多种流感病毒”。

  其芯片基于免疫分析(immunoassay)原理,利用抗原、抗体以及荧光标靶作为主要根据,既可保证准确性亦易于分析。美国早前已有类似设备生 产,但基于仪器设备仍维持庞大阵型,难于携带,不能很好解决实验室流动性差等问题,而SBT不仅在技术上满足的检测要求,并且将其设备设计为可携带的小型 检测仪,还配备云端数据储备与分析功能,既能在实验室工作,也能在流动检疫站及外郊农场工作。另外,这项来自SBT的独家检测平台已申请专利,并在香港科 学院成果完成公众路演,并希望将来能设计得更轻便更精简。

  SBT在微流控芯片技术上的愿景

  SBT的2015年计划是在公共机构中试验更多不同种类的病毒检测,如检疫站的猪、禽病毒检测,动物协会的猫、狗等宠物的日常健康检测以及食品安全检 测等,并致力于为人类检测作准备。SBT目前的骄人成绩得到香港相关部门的赞许和支持,并希望可顺利投入使用,提高检疫效率。

  

抽血化验需要十几毫升甚至更多的血样

取血针化验只需一滴血样即可

  在生物技术发展日益壮大的今天,我们希望利用此项微流控芯片实验室快速检测平台,在未来流感爆发时不用在机场再滞留数小时甚至数天的隔离。戳一下手 指,在等待的15分钟间,喝上一杯咖啡,即可得出多项检测结果,高效率地排除非流感的高温乘客,减少交叉感染与人传人的风险。

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