用于检测并筛选疾病生物标志物的液滴微流控技术

据麦姆斯咨询报道，生物标志物能够反映人体内与疾病相关的细胞或分子变化，生物标志物的可靠检测对临床诊断和治疗应用至关重要。常见疾病生物标志物包括在疾病相关组织和生物流体（如血液、尿液和唾液等）中发现的基因或基因突变、蛋白质和单细胞。不幸的是，对许多疾病而言，人体样品生物标志物的低丰度和低样品量使得像96孔板这样的标准批量平台无法有效执行可靠的检测或筛选。此外，大多数标准化批量协议很大程度上无法直接从临床患者的样品中检测到生物标志物，因此需要复杂的多步骤样品制备方法，这一过程可能非常耗时，在临床环境中也可能延误患者的护理。因此，市场上需要一种可用于检测并筛选疾病生物标志物的灵敏、快速、可自动化、高通量的sample-to-answer装置平台。

由于微流控技术能够精确操纵微小体积的流体，因此成为生物标志物检测的有效工具。尤其是通过液滴微流控技术将大量样品数字化成为大量分离的微小体积流体（fL-nL），为高灵敏度和高通量生物标志物检测提供了有前景的解决方案。通过将液滴中的生物标志物数字化以实现体积的显著减少有助于测定背景的同样减少，以及生物标志物目标局部浓度的急剧增加。这又反过来增强了每个分离反应的信号背景比，最终增加测定的整体灵敏度和速度。此外，从整个样品中平行运行数百万个单一的生物标志物反应不仅可以帮助检测罕见目标，也能增强多重样品的筛选。过去数十年，为了检测、量化并筛选来自人体样品的核酸、蛋白质和单细胞，以研究细菌感染到癌症等疾病，研究人员已经开发出大量的微流控液滴平台。例如，数字化来自人类生物流体（如血液）的病原细菌单细胞允许研究人员对病原体身份和药物敏感性进行快速诊断测试，以缩短临床微生物诊断工作流的周转时间。同样，商业化液滴平台（如伯乐公司的ddPCR）提供了整套工具，用于检测并量化人体基因样品中具有单分子灵敏度的癌症特异性突变。

快速诊断和筛查的潜力激发了研究人员对液滴微流控技术日益浓厚的兴趣，它也被越来越多地用于检测新型疾病生物标志物目标。然而，大多数液滴平台广泛依赖于碎片化工作流，这需要芯片外（off-chip）步骤进行样品纯化和液滴培育，后果就是完全整合的样品sample-to-answer液滴平台尚未实现临床实施。为了实现这一目标，无缝集成的样品制备技术，以及从患者样品到临床可行解决方案的平台自动化仍然是关键组成部分，它们将在未来为临床环境提供基于液滴微流控技术的平台。