大学教授,17年太阳能电池研究经历,自由投资人
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即时检测(POCT)—开启医学检验新时代

原创
冠状病毒 生物技术 poct
聊城大学化学与生活科普工作室

2020年,新型冠状病毒席卷全球。此次疫情传播速度快,传播途径广,让整个社会陷入了焦虑和恐慌之中。面对疫情,时间就是生命,病毒的快速诊断迫在眉睫。2020年5月7日,李克强总理组织举行中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组大会,要求加速增强快速检测能力,尤其是推动检测时间短、且不需要检测实验室的核酸快速检测仪器设备生产扩能。在此背景下,全球医疗体系都在迫切地寻找简单、快速的分析检测手段。

近年来,一种即时检测技术快速发展,在医学检验中所占比重越来越大。即时检测英文全称为Point-of-Care Testing,简称POCT。这一名词的组成包括point(地点 时间)、care(保健)和testing(检验),指在病人身边快速诊断,因此又被称为现场快速检测或床旁检测等。POCT的核心要素在于满足临床治疗或家用监护所需的快速诊断需求,以快速、即时得到可信赖的诊断结果为最终目标。传统诊断中,大量时间被浪费在样本运送、前处理、组织、标记、录入、分发等方面,核心反应及分析时间占比极低。与之相比,现场快速检测进行了步骤精简,依靠其便携及反应快速等优势,现场快速检测仅保留了诊断最核心的“采样—分析—质控—输出”步骤,从而极大地降低了诊断时间,为患者在最佳时间窗口就诊获得了最大便利。以心衰或者心梗诊断为例,现场快速检测检测可在15分钟内得到BNP Myo cTn-I等多项心脏标志物的结果,而传统检验科检测需要1至2个小时。发病早期关键临床指标的确诊对成功的治疗是极为关键的,而现场快速检测的优势能得以最大发挥。目前POCT已在疾病诊断、健康管理、环境监测和应急响应分析等领域得到了广泛应用。

图1. POCT的应用及特点(Publication in ACS Nano, 2021, 15, 7899−7906)

就像我们过去摄影需要到专业照相馆,从拍摄到照片出来,包含着很多专业人员的专业操作。而现在有了智能手机,我们每个人随时随地都能拍摄照片。POCT 也是如此,通过将各种专业检测技术整合到一个非常小型的机器中,操作者可以是非专业检验人员,检测地点也不受限制。科学技术的进步极大地促进了POCT的发展。目前,智能手机已经成为现代医学发展中最独特,最具活力的帮手之一,不仅可以用于数据处理和网络分享,还能通过开发特定的软件进行现场快速定量检测。在国外,毒驾与酒驾一样危险,但是目前用于路边大麻检查的设备仍然很少。德克萨斯大学达拉斯分校的Shalini Prasad教授开发了一种一次性测试四氢大麻酚的便携式生物传感设备(如图2所示)。生物传感器包含两个电极,表面涂有仅与四氢大麻酚结合的抗体。将一个人的唾液样本施加到试纸上后,将该试纸插入读取器中并施以特定电压。由于抗体与四氢大麻酚结合时表现出不同的质量,因此电流会根据样品中存在的化合物数量而增加。通过测量增加量,读取器因此能够计算出血液中的四氢大麻酚水平,该水平与唾液中的四氢大麻酚水平密切相关。据报道,该测试程序可在五分钟内执行,测量范围从100 pg/mL到100 ng/mL。

图2. 基于抗体识别的四氢大麻酚的即时检测(Publication in ACS Spring 2020 National Meeting & Expo, Mar 22-26, 2020)

手机光学成像器的迅速发展为手机成为通用显微镜提供了多种多样的机遇,手机甚至可以用来检测芯片上的单个病毒。南方医科大学的黎诚耀课题组设计了一种基于智能手机比色分析的高通量即时检测新型冠状病毒的免疫传感系统(如图3所示)。该系统可以在45分钟内同时检测100个样品。

图3. 基于手机比色分析的高通量免疫传感器对新型冠状病毒检测的原理图。 (A,B)微孔板结构;(C)自制的微孔板数据读取装置示意图;(D)微孔板数据读取装置;(E)样品检测流程(Publication in ACS Sens. 2022, 7, 1985−1995)

虽然POCT的发展取得了长足的进步,但是POCT的市场推广却遭遇一些困难,医院除检验科之外的临床科室只有类似血糖仪、血气分析仪等少数POCT类产品。POCT可以满足特殊情况下医生对诊断的需求,帮助医生更好地救治病人。但是,市场上的POCT产品往往无法在质量上媲美实验室自动化分析仪器,与实验室仪器相比,POCT设备的精确度较差,准确度也较低。另外,受样本基质的影响、操作人员的专业水平以及分析能力的差异,POCT测得的结果与实验室测量值有时相差较大。因此发展高质量、低成本的POCT是未来的机遇和挑战。


导师简介

贾丽萍,博士,教授,硕士研究生导师。参加工作以来主要从事分析化学方面的教学工作,主讲《分析化学》、《大学化学》等课程。目前主要研究方向为设计和构建新型电化学生物传感器,为重大疾病及癌症标志物的检测提供新技术和新方法。主持和参与国家自然科学基金4项,在国内外重要学术期刊发表科研论文40余篇。科研成果荣获2018年山东省高等学校科学技术奖三等奖和2019年山东省自然科学三等奖。

招生专业:分析化学

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