微流控成像細(xì)胞分析技術(shù)（Microchip Imaging Cytometry，MIC）是集合了微流控芯片、流式細(xì)胞術(shù)，以及熒光顯微鏡技術(shù)特點(diǎn)的新興檢測平臺技術(shù)，微流控成像分析儀器具有輕便性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等特點(diǎn)。

由于微流控芯片需要更小的樣本體積、更少的試劑消耗，以及更高的集成化和自動化等特點(diǎn)，微流控成像細(xì)胞分析系統(tǒng)將推動更加經(jīng)濟(jì)、易用、普惠的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，有望改善和提升偏遠(yuǎn)地區(qū)、基層地區(qū)的醫(yī)療服務(wù)水平。

近期，多倫多大學(xué)J Stewart Aitchion教授團(tuán)隊(duì)在Opto-Electronic Advances期刊發(fā)表了針對微流控成像細(xì)胞分析這一研究領(lǐng)域的重要綜述。

該綜述文章對MIC的臨床應(yīng)用、微流控芯片技術(shù)、成像光學(xué)、圖像采集等內(nèi)容進(jìn)行了回顧，并針對這一領(lǐng)域當(dāng)前的發(fā)展機(jī)遇和重要趨勢提供了前瞻性評論。

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的重要需求

由于許多國家的老齡化、醫(yī)療資源分布不均等問題，對更加經(jīng)濟(jì)、易用、普惠的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器的需求日益增長。在過去的兩年多中，全世界都經(jīng)歷了新冠疫情的考驗(yàn)。

普通民眾需要通過核酸檢測和抗原檢測確認(rèn)自己是否被感染，醫(yī)療工作者需要更經(jīng)濟(jì)、易用、普及的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)來指導(dǎo)臨床實(shí)踐，公共衛(wèi)生部門也需要強(qiáng)有力的工具進(jìn)行流行病學(xué)監(jiān)測，幫助他們制定公共衛(wèi)生政策。

在臨床檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中，大部分的診斷測試需要經(jīng)過醫(yī)生開出檢測單、集中采血、集中樣本處理、集中發(fā)出報(bào)告的流程，周轉(zhuǎn)時(shí)間短則數(shù)個(gè)小時(shí)，長達(dá)數(shù)天。

對于很多需要做出快速決策的疾病的診斷和檢測，這種傳統(tǒng)的測試技術(shù)和流程并不能充分滿足臨床要求。另一方面，現(xiàn)在也有很多快速檢測試紙條技術(shù)。這種技術(shù)可以快速給出測試結(jié)果，但是受制于定性測試和較低靈敏度的影響，其在很多疾病的診斷檢測中并不能為醫(yī)生和患者提供充足有效的信息。

因而，開發(fā)定量、易用、普惠的便攜檢測儀器和裝置引起了學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的重視。近十余年來，科學(xué)家和工程師也在借助多種多樣的科學(xué)技術(shù)手段為這樣的需求提供創(chuàng)造性的解決方案。這其中，微流控芯片技術(shù)成為了一種被寄予厚望的重要技術(shù)?；谖⒘骺丶夹g(shù)的微芯片成像細(xì)胞分析技術(shù)將可能為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)帶來革新性的變化。

微流控成像細(xì)胞分析技術(shù)（MIC）

微流控成像細(xì)胞分析技術(shù)（MIC）是一種可以對細(xì)胞、蛋白、核酸等人體生化物質(zhì)進(jìn)行快速檢測分析的平臺技術(shù)。在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中，流式細(xì)胞儀是被廣泛使用的。然而，流式細(xì)胞儀的一些固有特點(diǎn)限制了其廣泛的應(yīng)用：流式細(xì)胞儀價(jià)格昂貴，儀器的維護(hù)保養(yǎng)成本較高，儀器操作和數(shù)據(jù)分析需要經(jīng)過長時(shí)間培訓(xùn)的專業(yè)技術(shù)人員。

相比較傳統(tǒng)的流式細(xì)胞儀，MIC通過一個(gè)比較寬而淺的微流控芯片通道對細(xì)胞和微粒等對象進(jìn)行分析。得益于近些年半導(dǎo)體傳感器件和信息技術(shù)的突破式發(fā)展，MIC的光源、成像檢測組件也可以收獲更高的光電性能。通過將樣本處理、信號檢測、數(shù)據(jù)分析集成在一套便攜易用的即時(shí)檢測（POCT）系統(tǒng)中，MIC可以提供快速的樣本進(jìn)-結(jié)果出（Sample-in，Answer-out）解決方案。

傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀（A）與微流控成像細(xì)胞分析（B）的對比

當(dāng)前進(jìn)展與突破

MIC技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的巨大潛力吸引了學(xué)術(shù)界和醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，這篇綜述論文對該領(lǐng)域近5-10年的進(jìn)展進(jìn)行了回顧。Aitchison課題組報(bào)道了針對艾滋病人CD4檢測、登革熱診斷、敗血癥監(jiān)測等臨床應(yīng)用的MIC技術(shù)?；贛IC技術(shù)的CD4檢測系統(tǒng)在采集患者的指尖血后，15分鐘內(nèi)可以給出患者的CD4計(jì)數(shù)結(jié)果。通過MIC技術(shù)對微球免疫測試的樣本進(jìn)行檢測，可以實(shí)現(xiàn)對超過多個(gè)免疫指標(biāo)的高靈敏度測試。

Ozcan課題組報(bào)道了使用智能手機(jī)對HIV感染者的CD4/CD8進(jìn)行快速檢測，也報(bào)道了通過無透鏡全息成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對更大視野下樣本分析的重要成果。通過智能手機(jī)成像和深度學(xué)習(xí)算法的結(jié)合，De Haan等報(bào)道了對鐮刀型細(xì)胞貧血病的快速準(zhǔn)確的診斷。

應(yīng)用于（a）免疫分析、（b）精液分析和（c）鐮刀型細(xì)胞貧血病篩查的MIC設(shè)備的示意圖和照片 根據(jù)微芯片對樣本處理分析的自動化程度不同，MIC的微芯片部分主要基于以下三種設(shè)計(jì)理念：芯片靜止+流體靜止、芯片靜止+液體流動、芯片移動+液體靜止。MIC的光學(xué)成像部分可能涉及到明場成像、熒光成像、無鏡成像等光學(xué)架構(gòu)。在圖像采集層面，時(shí)間延遲積分、時(shí)間調(diào)制激發(fā)等技術(shù)的開發(fā)也為更高靈敏度的細(xì)胞分析提供了潛在的解決方案。

趨勢與展望

在過去的一二十年中，諸如Luminex Magpix和Amnis FlowSight這樣的MIC檢測儀器已經(jīng)被用于科學(xué)研究和部分臨床檢驗(yàn)，預(yù)期也將有更多新技術(shù)和新產(chǎn)品的落地，惠及更多的基層醫(yī)療中心和醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室。光子學(xué)、集成光學(xué)和成像技術(shù)的最新進(jìn)展有望提高此類檢測系統(tǒng)的靈敏度，開發(fā)更多檢測項(xiàng)目，同時(shí)降低儀器的尺寸和成本。多層光學(xué)傳感器、多晶硅柵極、單光子雪崩二極管等傳感器的開發(fā)有望顯著提升檢測光電檢測的靈敏度。

綜合來講，MIC技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化需要在復(fù)雜性、性能和成本之間找到微妙的平衡，以滿足特定場景下的分析檢測需求。面對日益增長的醫(yī)療保健和公共衛(wèi)生管理方面的需求和挑戰(zhàn)，更多微流控成像細(xì)胞分析的技術(shù)和臨床應(yīng)用將會被開發(fā)出來，以推動醫(yī)療診斷服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性、易用性、普惠性。

審核編輯：劉清