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檢驗醫(yī)學(xué)是社會主義現(xiàn)代化建設(shè)所需要的、具備基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、檢驗醫(yī)學(xué)等方面的基本理論、基本知識和基本技能，知識面寬、能力強，素質(zhì)高，能在各級醫(yī)院、血站及防疫等部門從事醫(yī)學(xué)檢驗及醫(yī)學(xué)類實驗室工作的檢驗醫(yī)師。

醫(yī)學(xué)檢驗是對病人的血液、體液、分泌物或脫落細胞等標(biāo)本，進行化驗檢查，以獲得病原、病理變化及臟器功能狀態(tài)等資料。醫(yī)學(xué)檢驗分為臨床檢驗與醫(yī)學(xué)實驗技術(shù)兩方面。臨床檢驗是臨床醫(yī)生確診的必要手段之一，而醫(yī)學(xué)實驗技術(shù)主要側(cè)重于實驗操作方面，為研究所、實驗室輸送實驗師（技師）。

1微流控芯片概述

微流控芯片(Microfluidic)，又稱芯片實驗室(LabonaChip)或者微全分析系統(tǒng)(MicroTotalAnalysisSystems，μ-TAS)[1]，就是通過分析化學(xué)、微機電加工(MEMS)、計算機、電子學(xué)、材料科學(xué)及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的交叉實現(xiàn)從試樣處理到檢測的整體微型化、自動化、集成化與便攜化[2]。這樣通常需要在一個實驗室中進行的實驗可以在一塊芯片系統(tǒng)上進行，大大提高了實驗速度，減少了所需的樣本劑量，節(jié)省了昂貴的化學(xué)試劑，降低了化學(xué)污染。它充分體現(xiàn)了當(dāng)今分析設(shè)備微型化、集成化與便攜化的發(fā)展趨勢。目前，微流控芯片主要應(yīng)用于單核苷酸多樣性檢測、基因診斷、蛋白質(zhì)分析等前沿技術(shù)領(lǐng)域。

微流控分析芯片是通過微細加工技術(shù)將微管道、泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件、窗口和連接器等功能元器件，像集成電路一樣集成在芯片材料上[3]。制作方法在傳統(tǒng)的光刻和刻蝕的基礎(chǔ)上發(fā)展模塑法、熱壓法、激光切蝕法、LIGA技術(shù)和軟光刻方法[4]。

2微流控芯片在醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用

2.1離子檢測

離子分析在環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)以及食品工業(yè)等許多領(lǐng)域中都有重要的用途。臨床醫(yī)學(xué)中也少不了對各種離子的檢測，如血液分析、培養(yǎng)液監(jiān)測。經(jīng)過近年的發(fā)展，微流控芯片技術(shù)在離子分析領(lǐng)域取得了很多研究成果。

金屬離子雖然在體內(nèi)含量很低，但卻對生命活動起著舉足輕重的影響。如K+、Na+、Ca+等調(diào)控著重要的離子通道，F(xiàn)e+、Zn+等是金屬酶的重要配體。等速電泳(ITP)是利用離子的有效電泳淌度的不同，對離子化合物進行定性和定量分析以及樣品的濃縮。Prest等在硅膠芯片上利用ITP技術(shù)，通過電導(dǎo)檢測實現(xiàn)了對K+、Na+的分離分析。熒光檢測是微流控芯片中應(yīng)用最廣泛的檢測手段，金屬離子通常不含有熒光基團，需要經(jīng)過衍生后才能進行熒光檢測分析。Yang等根據(jù)三磷酸腺昔(ATP)與鈣吸收反應(yīng)的關(guān)系(ATP調(diào)控Ca+通道的開、關(guān))，在微流控芯片上研究了ATP濃度改變時Ca+濃度的變化。先用自身無熒光的熒光試劑Fluro3對細胞進行標(biāo)記，F(xiàn)luro3在胞內(nèi)酶的作用下與Ca+結(jié)合，激光掃描被標(biāo)記的細胞即可獲得Fluro3-Ca+發(fā)出的熒光信號。當(dāng)具有梯度濃度的ATP溶液流過貼壁細胞，引起胞內(nèi)鈣離子濃度的變化，用共焦激光掃描顯微鏡可以檢測熒光信號的變化。Wheeler等在微流控芯片上進行了細胞內(nèi)的Ca+離子流量實驗，將衍生試劑、刺激劑相繼灌注到微室中，細胞在受到刺激后釋放出被熒光標(biāo)記的Ca+，然后進行激光誘導(dǎo)熒光(LIF)檢測。

一氧化氮(NO)作為一種重要的生物信使分子，在血流調(diào)節(jié)、信號傳導(dǎo)、免疫防御等多種生理及病理過程中發(fā)揮重要的作用。檢測NO濃度的對疾病診斷具有重要意義。NO很容易被氧化成NO2ˉ、NO3ˉ，對NO含量的檢測多通過檢測NO2ˉ、NO3ˉ來獲得。Miyado等在微流控電泳芯片上檢測了血清和唾液中的NO2ˉ、NO3ˉ，并在8s內(nèi)完成了兩種離子的分離。

2.2代謝物的檢測

代謝是生命的基本特征。從有生命的單細胞到復(fù)雜的人體，都與周圍環(huán)境不斷地進行物質(zhì)和能量交換，這一交換過程稱為代謝或物質(zhì)代謝。對代謝物的分析，能夠幫助人們更好的理解病變過程以及機體內(nèi)物質(zhì)的代謝途徑。微流控芯片技術(shù)為靈活快捷地分析代謝物提供了新的方法，一些代謝物的分離、檢測已經(jīng)在微流控芯片上得到實現(xiàn)。

體液中葡萄糖濃度與多種疾病相關(guān)，是代謝物檢測的重要指標(biāo)。檢測葡萄糖濃度的典型方法就是經(jīng)葡萄糖氧化酶把葡萄糖氧化為具有電活性的葡萄糖酸和過氧化氫(H202)，然后通過電化學(xué)方法進行檢測葡萄糖酸或者通過化學(xué)發(fā)光法檢測過氧化氫。即：

葡萄糖+氧氣葡萄糖氧化酶H202+葡萄搪酸

這一過程可以方便地在微流控芯片上得到實現(xiàn)。在芯片上，含有葡萄糖的樣品和葡萄糖氧化酶混合，葡萄糖被葡萄糖氧化酶催化氧化，產(chǎn)生葡萄糖酸和H202。電中性的葡萄糖和過氧化氫與其他帶電荷的物質(zhì)分離開，然后分別在下游的檢測器上檢測。Kim等在PDMS微流控芯片的通道中制作了一個馬蹄形微柵(如圖1)，微柵上涂有葡萄糖氧化酶(GOX)和HRC。樣品流經(jīng)通道時可以充分與GOX接觸，樣品中的葡萄糖被催化氧化，同時生成的H202也與HRC混合，在通道末端進行光度檢測。該方法測得的葡萄糖濃度具有較寬的線性范圍。Srinivasan等采用離散進樣的方式測定了血清、血漿、尿液、唾液等液體中的葡萄糖含量。微液滴以20Hz的頻率進人微通道，液滴之間用硅油隔開。當(dāng)液滴經(jīng)過檢測器時，可以進行快速的檢測。

圖l帶有馬蹄形徽柵的反應(yīng)器示意圖

尿酸(uricacid，UA)是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物，主要有細胞代謝的嘌呤類化合物以及食品中的嘌呤經(jīng)酶的作用分解而來。體液中UA含量的變化，可以充分反映出人體內(nèi)代謝、免疫等機能的狀況。Lv等通過化學(xué)發(fā)光法在微流控芯片上實現(xiàn)了對血清中尿素含量的檢測。其做法是將HRC、魯米諾和尿酸酶采用溶膠-凝膠的方法分別固定在芯片通道內(nèi)。把含有尿酸的人血清樣品注人芯片，經(jīng)過尿酸酶轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的過氧化氫在HRP的催化下發(fā)生魯米諾反應(yīng)，進行發(fā)光檢測。對尿素濃度檢測的線性范圍達1-100mg/L，測量限為0.lmg/L。

臨床的檢測中，往往需要對樣品檢測多種物質(zhì)的含量。只有通過對這些指標(biāo)的綜合分析，才能對人的健康狀況做出有效評判和對病情做出準(zhǔn)確的診斷。微流控芯片中的多通道技術(shù)可以很好地滿足這一需求。wang等構(gòu)建了一種同時檢測葡萄糖、尿素和抗壞血酸的微流控芯片實驗室。實驗時，首先讓樣品溶液中的葡萄糖與固定有葡萄糖氧化酶的微通道中發(fā)生衍生化反應(yīng)，生成具有電活性的葡萄糖酸，接下來葡萄糖酸與尿酸、抗壞血酸在另一獨立的微通道中進行電泳分離，最后末端的絲網(wǎng)印刷碳電極分別對它們進行電化學(xué)響應(yīng)，從而實現(xiàn)的對尿酸、抗壞血酸的直接電化學(xué)檢測和葡萄糖的間接電化學(xué)檢測。

3結(jié)論與展望

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)檢測中要求化驗和檢驗的儀器具有更高靈敏度、更短檢測時間、更小體積(便攜化)。而微流控芯片技術(shù)所具有的優(yōu)點能夠很好的滿足這些要求。目前，微流控芯片主要應(yīng)用于基因測序、蛋白質(zhì)圖譜分析等高、精、尖領(lǐng)域，但隨著微流控芯片技術(shù)的不斷成熟和制作成本的不斷降低，必將大規(guī)模地進人到常規(guī)醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域，取代那些笨重而且操作復(fù)雜的化驗、檢驗設(shè)備，進而促進醫(yī)療水平的進步。

微流控芯片在這一領(lǐng)域的應(yīng)用對細胞培養(yǎng)反應(yīng)器的研究也具有重要意義。例如，在生物人工肝支持系統(tǒng)中，必須及時掌握肝細胞成長的情況。傳統(tǒng)的做法是按一定時間間隔對肝細胞的培養(yǎng)液取樣，利用已有的醫(yī)學(xué)化驗和檢驗手段進行分析。這一做法存在滯后性和不連續(xù)性的缺點，同時消耗樣品過多。目前，我們課題組正嘗試借助微流控芯片技術(shù)，實現(xiàn)對培養(yǎng)液中離子和代謝物濃度的在線(on-line)檢測，實時監(jiān)測肝細胞的生長狀態(tài)。