新型微流控器件可快速检查肾脏健康状况
2025-06-06 13:52:29   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

慢性肾脏病（CKD）影响着全球8亿多人口，而且该疾病通常诊断较晚，很难进行有效干预。慢性肾脏病的早期检测取决于对肌酐和尿白蛋白肌酐比值（uACR）等生物标志物的准确测量。虽然尿液检测无创且信息丰富，但目前的标准检测方法耗时长、成本高，而且需要专门的检测设施。现有的即时检测方法虽然方便，但价格昂贵或技术复杂，仍令许多用户望而却步。因此，临床上急需一种功能强大、经济实惠且易于使用的平台来精确测量尿肌酐。鉴于这些挑战，亟需新的方法来开发用于慢性肾功能衰竭筛查和监测的简便诊断工具。

据麦姆斯咨询报道，加拿大马尼托巴大学的研究人员开发了一种用于尿肌酐检测的低成本、无源微流控器件。该研究详细介绍了被称为“uCR芯片”的设计、制造和验证过程。该微流控器件使用基于颜色的Jaffe反应和压力平衡流系统来进行快速、稳定的测量。uCR芯片无需外部泵或电力，为经济实惠的普及型肾功能检测铺平了道路。

uCR芯片检测流程示意图

这种新型微流控器件能够快速、准确、低成本地检测尿液中的肌酐水平，有望彻底变革肾病筛查方法。肌酐是诊断和监测慢性肾脏病的关键生物标志物，但目前的临床检测需要集中实验室处理，精确的即时检测仍然复杂且成本高昂。新开发的uCR芯片利用被动液体混合和基于USB显微镜的读取器进行精确的比色检测。该系统可在7分钟内提供临床相关结果，并达到现有即时检测方法的灵敏度标准。由于其每次检测的成本不到1美元，且无需外接电源，这项创新有望扩展偏远地区或资源有限地区对慢性肾功能衰竭诊断的可及性。

uCR芯片及检测系统示意图

uCR芯片整合了两项关键创新技术：被动式两相压力补偿（2-PPC）流动系统和微流控通道网络，可实现尿液与试剂1:5的精确混合比。这种设置确保了化学反应的一致性和比色信号的快速稳定。该芯片利用Jaffe反应（肌酐与苦味酸在碱性条件下相互作用产生橙色复合物），通过USB显微镜平台实现可量化的光学读数。该芯片可在7分钟内提供稳定的信号，并在30分钟内保持检测稳定性，这是相对传统检测方法的重大改进。

利用干膜光刻技术在硅晶圆上制作的uCR芯片，其中包括六个相同的单元

实验表明，其动态线性检测范围高达40 mM，检测限低至0.521 mM，涵盖了整个临床检测范围。与商用的即时检测系统相比，uCR芯片的准确度相当或更高，而且受人工尿液基质的干扰更小。此外，经过优化的光栅观察窗带有分流器，可提高信号的均匀性并缩短填充时间。该器件采用干膜光刻技术制造，精度高，具有可扩展性和可重复性。这些特点使uCR芯片成为便携式诊断的一个极具吸引力的平台。

uCR芯片的技术表征

该研究论文共同第一作者Francis Lin博士说：“我们的目标是打造一种像血糖试纸一样简单易用的诊断工具，同时，其准确性却能与实验室肌酐测定相媲美。uCR芯片将微流控精度与用户友好设计相结合，满足了这一需求。它有望改变我们检测和管理肾脏疾病的方式，尤其是在资源匮乏的环境中。该器件的经济性和可扩展性是广泛应用于公共卫生领域的关键优势。”

除了慢性肾功能衰竭筛查外，uCR芯片还为运动医学、孕产妇护理和药物测试等各种场景的实时健康监测提供了一个更广阔的平台。研究人员设想将该芯片与类似的尿白蛋白微流控器件集成，以同时测量uACR（肾脏损伤的一个重要生物标志物）。该设计还可在未来进行升级，使用酶分析或荧光检测来提高特异性。uCR芯片结构紧凑、成本低廉、无需电力，代表着为临床和家庭环境量身定制的即时检测方法迈出了重要一步。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-025-00880-z

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》