检验医学领域创新技术盘点

检验医学，作为一门多学科交叉的医学应用技术学科，随着大量高新技术的应用，临床检验的范围被极大地拓宽。体外诊断产品的普及应用，大大提高了临床实验室的工作效率和诊断水平。

在2016年7月国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中明确提出“研发一批重大疾病早期诊断和精确治疗诊断试剂以及适合基层医疗机构的高精度诊断产品”。化学发光免疫分析技术、测序技术、微流控技术等，作为检验医学领域中极为重要的新兴科学技术平台，已经成为国家层面产业转型的潜在战略领域。本文将选取其中具有代表性的技术做简要介绍。

化学发光免疫技术于上世纪80年代兴起，因其具有灵敏度高、特异性好、易于自动化、干扰因素少且对人体和环境无害等优势，一经发现即被广泛采用，很快成为临床免疫检测技术的首选。进入21世纪后，以酶促化学发光、直接化学发光、电化学发光、光激化学发光为代表的化学发光免疫技术逐步开始对放射免疫分析技术、酶免疫分析技术、荧光免疫分析技术的大面积市场替代，其中光激化学发光技术是目前化学发光免疫分析中最新一代的创新技术。

光激化学发光（Light initiated Chemiluminescence Assay）是一种新型化学发光分析方法，采用发光物质（luminescentmaterial）和感光物质（photoactivesubstance）两种标记，发光物质分布于发光微球表面，感光物质分布于感光微球表面，体现出“双标”和“双球”特征。两种微球之间借助抗原-抗体间结合，由免疫反应拉近感光和发光微球的距离至200nm以内，当用680nm激发光照射，感光微球被激活并释放高能态的单线态氧给发光微球，4us后发光微球将发出610nm的光，通过光信号来推算待检物的浓度。

技术特点：

纳米级微粒

比表面积大，极大提高检测灵敏度；微球纳米级粒径赋予其更好的悬浮性，从而使抗原-抗体之间有更高的相互碰撞和相互作用的几率，更快达到反应时间。

均相免疫分析

按照是否需要分离结合标记物（B）和游离标记物（F），免疫分析可分为均相免疫分析和非均相免疫分析。非均相免疫分析需要分离去除未参加反应的游离标记物，测定结合标记物的信号强度。而光激化学发光体系中游离发光微球不能获得活性氧能量，不会产生光信号，无需分离洗涤，为均相免疫分析。由此能够有效缩短测定时间并减少因洗涤带来的误差，提高分析精密度。

高信噪比、高灵敏度可控型发光

光激化学发光体系中发光信号（cps）的产生是级联反应过程，感光微球表面高浓度感光物质在680nm激发光照射下，每个微球、每秒释放多达60,000个活性氧分子，产生非常强的信号放大。同时，发光微球的化学发光过程同样是级联放大的，通过延时方式可以滤除干扰信号，实现特异性信号的检测。另一方面，光激化学发光体系中使用的激发光波长为680nm，而发射光波长为 610nm，属于长波长激发，短波长发射，自然界中无此种诱导发光方式，给予了系统非常低的背景信号（500cps），进一步提高了灵敏度。反应过程由光激发，是一种可控型化学发光体系。

商用代表企业：科美诊断。

单分子测序技术，可以在单个分子水平读取核苷酸序列，也被称为第三代测序技术，主要代表有HeliScope、Nanopore和PacBio等.与传统的第一代和第二代测序技术相比，第三代测序能够产生更长的碱基读长，能直接对RNA进行测序，无需逆转录，测序速度极快，同时其中某些技术所涉及的设备可以小型化，可便携至野外现场测序.

1.HeliScope单分子测序

Helicos遗传分析系统是首个基于荧光测序原理的商业化单分子测序平台。Helicos单分子测序简化了DNA样品的制备过程，HeliScope灵敏度高，可以读取单个分子，由于不需要进行PCR扩增，避免了PCR扩增产生的偏倚和误差，适合拷贝数变异的检测，同时降解或修饰的分子可以直接用作测序模板.HeliScope 可用于RNA-seq或RNA直接测序.对具有极端GC含量的DNA或基因组，单分子测序效率更高，因为它对GC含量的敏感性更低.与其他技术相比，Helicos单分子测序只是简单的片段化DNA、加polyA尾再进行杂交、测序，所需的试剂和操作步骤较少.

Heliscope测序原理图

商用代表企业：美国Helicos公司

2.PacBio单分子实时测序

PacBioRS测序系统是基于单分子实时测序技术（SMRT）和纳米微孔应用的第三代测序平台。该技术应用了边合成边测序的思想，主要以四色荧光标记的dNTP在零模波导（zero-modewaveguide，ZMW）孔完成了对单个DNA分子的测序。在测序过程中，以SMRT芯片为测序载体，DNA聚合酶和模板结合，4色荧光标记4种碱基，在碱基配对阶段，不同碱基的加入，会发出不同光，根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。

PacBio测序原理图

与前两种单分子测序相同，SMRT也能够在没有进行PCR扩增的情况下对单个DNA分子进行实时测序，而不同的是该技术能够通过DNA聚合酶直接观察DNA合成，长读长、精确度高、覆盖均匀等优点明显。

商用代表企业：PacificBiosciences公司

微流控（Microfluidics），是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技术。其是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。

1.微流控芯片在免疫分析中的应用

基于抗原抗体之间特异性结合的免疫分析法是检验医学领域最常见的检测方法之一。传统的免疫分析方法如酶联免疫在即时检验方面的应用有相当的局限性。

基于微流控平台的免疫分析方法，可以促进抗原抗体之间的吸附，减少反应时间，实现自动控制，整合小型光学探头使设备小型化，实现即时检验的目标。

2.微流控芯片在核酸检测中的应用

核酸作为基本的遗传物质，携带着各种信息，对其结构、功能的认识，有利于研究物种的遗传、进化以及疾病诊断等。微流控芯片很早就应用于核酸的检测，从核酸提取到PCR，再到直接荧光检测，间接的分子杂交检测，或者电泳分离检测，都可以集成到微流控芯片上。

近年来出现的等温扩增技术，则进一步简化了芯片技术。除了荧光定量检测方法直接检测产物的有或无，也可以通过毛细管电泳对扩增片段进行检测，例如短串联重复序列(shorttandem repeat, STR)检测；或者通过毛细管导流至杂交区进行分子分型，如流感病毒或者HPV病毒的分型。

3.微流控芯片在细胞检测中的应用

微流控芯片适宜进行多功能集成的特点，非常适用于细胞分析研究。理论上，微流控芯片可以将进样、细胞培养、细胞分选、细胞捕获、内容物分析等全部过程集成化、自动化，这些都依赖于微流控技术的不断完善和发展。

循环肿瘤细胞(CTCs)提示可能有肿瘤微转移的存在，并有进一步发展成为远处转移的可能性，利用微流控电泳技术无需对细胞进行任何标记就可以将CTCs从稀释的全血标本中分离，且分离出的CTCs保持高存活率方便后续药物筛查。

商用代表企业：雅培、博奥生物

在此，我们通过盘点以上检验医学领域的创新技术，希望这些技术及相关产品对推动检验医学的创新与发展，实现精准诊疗发挥更大的作用。

参考文献

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