集成式微流控免疫分析，为慢性肾病筛查提供实验室级即时诊断
2025-11-19 11:35:31   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

慢性肾脏病（CKD）是指肾脏功能逐渐丧失的一种疾病，包括丧失过滤废物、调节体液和电解质平衡以及管理重要代谢过程的能力。慢性肾脏病的早期诊断对于预防疾病进展至晚期慢性肾脏病、肾衰竭和透析、心力衰竭乃至死亡至关重要。

慢性肾脏病诊断通常涉及估算肾小球滤过率（eGFR），血清半胱氨酸C（CYS-C）为eGFR估算提供了一种可靠且敏感的生物标志物。CYS-C由所有有核细胞产生，其水平稳定且受非肾脏因素的影响较小。值得注意的是，有研究表明，CYS-C在危重患者中预测长期死亡率的效果优于肌酐。除了肾脏病学，CYS-C还与心血管疾病进展和阿尔茨海默病等神经退行性疾病有关。

尽管CYS-C检测具有临床价值，但由于现有检测方法的复杂性、成本和基础设施要求，其检测仍然局限于实验室环境。这阻碍了CYS-C检测的广泛应用，在基层医疗或资源匮乏的环境中这一问题尤其突出。

为解决这一问题，有效的CYS-C即时诊断（POCT）必须平衡简便性、成本效益、速度和分析准确性。在该方向上，已开发出多种新型生物传感器，提供先进的CYS-C检测和定量分析。不过，虽然这些新型传感器对CYS-C检测敏感，但它们通常难以大规模生产，且集成度不高，无法实现快速、准确的POCT。相比之下，传统的比浊法和散射浊度法仍然是临床诊断CYS-C的标准方法，临床认可的POCT方法尚未问世。

事实上，微流控技术为POCT应用提供了有前景的解决方案，其中基于纸张和聚二甲基硅氧烷（PDMS）的芯片是两种常见的微流控器件。这两种类型的微流控器件没有孰优孰劣，探索比较纸基和PDMS基微流控器件的CYS-C POCT性能，可根据应用的具体需求指导器件的选择以及进一步的开发。

据麦姆斯咨询介绍，在此背景下，加拿大曼尼托巴大学的研究人员提出了两种互补的微流控血清CYS-C定量分析方法。第一种是基于PDMS的免疫比浊分析法，利用了颗粒增强比浊免疫分析（PETIA）原理。PETIA提供了一种快速、灵敏、特异的抗原-抗体复合物定量检测，而PDMS平台增强了检测的可控性、便携性和通量。第二种方法为纸基微流控侧向流三明治免疫分析法，该方法在传染病和肿瘤标志物诊断中已得到广泛应用。相关研究成果已经以“Integrated microfluidic immunoassays for point-of-care diagnostic measurement of human serum cystatin C in chronic kidney disease”为题发表于Sensors and Actuators B: Chemical期刊。

论文摘要附图

用于CYS-C测定的PDMS微流控免疫比浊芯片

该研究提出的PDMS微流控免疫比浊芯片旨在实现在连续被动流中测量分析物的侧向散射光。视窗散射光方向上的光学探针可以测量侧向散射光强度，进而将其与样品中CYS-C的浓度建立定量关联。

PDMS微流控免疫比浊芯片示意图

用于PDMS微流控免疫比浊芯片的紧凑型浊度计

为了能在非专业实验室进行POCT诊断，研究人员设计了一种便携式浊度计原型。

用于PDMS微流控免疫比浊芯片的紧凑型浊度计

用于CYS-C测定的的纸基微流控免疫分析芯片

尽管免疫比浊芯片和紧凑型浊度计已被证明有效，但它们仍然需要相对高成本的光谱仪以及芯片外的多步手动操作。因此，研究人员开发了一种替代的纸基微流控侧向流免疫分析（LFIA）芯片，以实现更适用于POCT的CYS-C定量检测。

如下图A所示，该芯片的微流控检测通道设计为锥形，入口处逐渐变窄至T点，从T点至C点出口处逐渐变宽，最后在C点与出口之间设计了一个宽而短的通道。这种锥形通道设计能够减少进入T点的入口流量，从而实现更有效的抗原捕获。

纸基微流控CYS-C免疫分析芯片及其技术性能表征示意图

结合纸基微流控芯片和智能手机控制便携式比色读出的CYS-C集成检测

与紧凑型散射浊度计的免疫比浊芯片检测类似，CYS-C纸基微流控芯片也需要便携式读出才能实现POCT应用。为此，研究人员开发了一种紧凑且低成本的读出装置，可提供独立检测或无线控制检测两种选择。

整合CYS-C纸基微流控芯片检测的便携式读出装置和智能手机接口应用

结论

总结而言，研究人员开发了一种基于PDMS的微流控免疫比浊芯片，可进行侧向散射光学测量，以及一种纸基微流控侧向流免疫分析芯片，用于定量CYS-C检测。研究人员证明这两种芯片均满足慢性肾脏病临床血清CYS-C检测要求。这两种微流控芯片均集成了定制开发的便携式读出装置，作为POCT检测原型。两种芯片测试结果与参考测试方法一致，并且芯片测试对临床数据的eGFR预测准确性得到了表征。总体而言，这些集成式微流控分析为慢性肾脏病的POCT诊断测试提供了实用的解决方案，并具有优于现有方法的竞争优势。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138880

延伸阅读：

《微流控技术及市场-2024版》

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》