文章来源：中华检验医学杂志, 2025, 48(3): 313-318. 作者：肖林林 韦锐 刘维薇 摘要 近年来，伴随着公众对呼吸道疾病诊疗关注度的增加，分子检测领域迎来全新的发展契机，加之国家相关政策的倾斜，蓬勃之势更加显著。分子检测因其快速、灵敏、准确的特点，在疾病发生、发展、预后等各个阶段均可发挥一定的作用，从而在医疗行业中得到了广泛的认可。临床分子诊断中的分子检测技术种类繁多，包括聚合酶链式反应、核酸分子杂交、基因芯片、测序等技术，基于聚合酶链式反应的分子检测技术最经典、最基础、临床应用范围最广，此技术进行分子诊断自动化解决方案创新的最佳实践平台，可以为操作复杂性更高的其他分子检测技术（如测序技术等）的自动化解决方案提供重要的模式参考和技术储备。国内医疗机构普遍设立的基因扩增实验室主要基于聚合酶链式反应技术而设置的，故本文重点阐述基于聚合酶链式反应的分子检测技术自动化解决方案，统一以分子诊断自动化进行描述。目前，虽然各级医疗机构配备了众多基因扩增实验室，但实验室内部大多采用了自动化程度相对较低的单体设备，仍然无法做到全流程自动化检测，无法满足医务人员和患者日益增长的医疗服务效率需求。分子检测（基因扩增）实验室急需在确保检测准确性的同时，努力提升自动化水平，提升工作效率，降低出现质量问题的风险 ［ 1 , 2 ］ 。 我们团队之前对分子诊断自动化发展历程进行过详细的阐述和展望 ［ 3 ］ 。分子诊断自动化1.0指样本前处理自动化；2.0指样本前处理和检测一体化的实现；前处理、检测、分析全过程的自动化就是本文所述的分子诊断自动化3.0。分子诊断自动化3.0时代概念的提出较好地解决了前述临床存在的突出问题，此外3.0时代的分子诊断自动化还具备显著优势，如通量大、重复性好、高效、封闭体系防污染、可实现精确的温控及复杂的预处理过程，同时对实验场地要求不苛刻等。基于此，我们尝试对分子诊断自动化3.0时代进行更加具体的阐述，基于现有政策和技术提出了2种可行的解决方案——即依托即时检测（point-of-care testing，POCT）的分子检测自动化解决方案和依托流水线的分子检测自动化解决方案。 分子诊断所涉及的检测项目在方法学上具有高灵敏度和特异性的优势，由此分子诊断在精准检测中扮演着重要角色，也成为当代“精准医学”发展的“引擎”之一。自动化是医学检验发展的趋势，对于临床分子诊断而言，其自动化程度更是制约其发展的重要因素 ［ 4 , 5 ］ 。近几年，国内分子诊断领域迎来了前所未有的黄金发展时期，随着患者对核酸检测认知的提升，磁珠法核酸提取等方法学的普及，样本开盖、提取、分液、扩增等环节分体仪器的逐渐成熟，分子诊断3.0时代自动化解决场景已经显露雏形 ［ 4 ， 6 ］ 。相比于传统以手工为主的检测模式，分子诊断自动化解决方案在以下几个方面有一定优势。 1.简化操作流程，减少手工操作：由于在检测的样本预处理过程中，批量处理对于实验室操作人员而言枯燥单调，处理步骤复杂且标本种类多样，核酸提取过程常需精准的温控系统，污染的风险控制也是难题，这些对于手工法而言都是挑战。而自动化处理方案不仅可以大大降低处理难度，还可以降低污染的风险，避免了枯燥的批量手工操作，减少了值班人手，降低了人工成本，真正实现“样本进，结果出”，更容易做到检测全流程操作监测溯源。 2.降低实验室要求，空间占用灵活：自动化的解决方案代替大量组合式单机设备，如开盖机、提取仪、移液装置、分液装置、封板装置、甩板机和扩增仪等，可显著减少单机设备数量和类型。同时一体化设备的大量应用，提高了实验室空间利用率。在传统的三区分布设计中，实验室通常被划分为试剂准备区、样本制备区和扩增产物分析区，这是为了严格控制DNA或RNA的污染，保证扩增的准确性。但这种布局方式存在明显的空间限制，需要较大的实验室面积来容纳这3个区域，并确保各区之间的物理隔离。而单区一体式操作则通过引入先进的空气净化系统、自动化设备和严格的实验操作规范，有效地解决了污染问题，还降低了实验室的空间需求，提高了实验室的利用率和效率。这种单区一体式设计理念在基因扩增实验室以及其他对污染控制和空间利用要求较高的实验室中具有广阔的应用前景。 3.缩短周转时间，样本即来即做：大量微流控技术的应用使试剂盒密闭性能大幅度提高，使得检测系统小型化集成化，仪器摆放位置更加灵活，样本采样后的转运时间将被显著缩短，可考虑作为标本量较少项目的首选。扩增技术的迭代带来的优势是检测中反应时间的显著缩短，使周转时间（turn-around time，TAT）缩短，并且支持单个样本随到随检，操作更加灵活。 当前，分子诊断技术基本完成了样本前处理过程的自动化处理，攻克了开盖、移液、核酸提取这些难题，但在检测处理系统和结果分析系统仍存在一些待解决的问题，我们根据自动化技术的基本特点以及现实需求，就此总结了分子诊断自动化的5个发展趋势，希望对于分子诊断自动化的发展起到一定的推动作用。 1.高通量化：在国内，分子诊断项目的TAT时限要求不高，直到新冠抗疫期间，主管部门开始对分子诊断项目提出新的要求，最低至6 h内需进行核酸检测结果反馈。疫情后，呼吸道疾病相关病原体检测项目备受医患关注，缩短此类报告时限的要求摆在实验室面前，而样本检测通量是分子诊断项目TAT的关键制约因素，随着单位时间样本处理需求增多，高通量或可灵活拓展检测通量的检测系统将成为分子诊断不可避免的趋势 ［ 7 ］ 。 2.随来随检：无法做到随来随检是传统手工分子诊断过程中遇到的最显著的痛点，也是分子诊断自动化解决方案尤其需要解决的一大问题。随来随检优势明显，为医患更加快速提供检测结果，便于早期诊断、早期干预，其次是提高就诊效率，降低患者在院内停留时间，降低院内感染的发生概率。因此，随来随检的检测方式更加符合当前医患对检查流程的期待，有助于提升医患满意度 ［ 8 ］ 。 3.平台化，标准化：目前市场上开发的各种分子诊断自动化平台之间技术壁垒高筑，不同软件之间、不同试剂之间不能兼容，配套的非试剂类耗材不能兼容，成本居高不下，自动化平台还没有形成统一的行业标准，导至同一患者检测不同项目可能需要多次采集样本。参考生化免疫自动化的发展历程，形成相应的专家共识、行业标准、国家标准等，推动平台化、标准化可以大幅度地促进行业发展，为实验室提供更丰富选择空间。 4.集成化，微型化：国内基因扩增实验室普遍采用分区的办法来防止污染，实验室的建造成本很高。而利用微电子、微流控等新兴技术在技术上可以将反应过程与操作空间进行缩小集成，在功能上可进一步扩展并将结果可视化。与此同时，具备一定气密性、防产物泄漏的一体化试剂检测单元解决方案可能是未来的发展方向，也能极大程度地防止污染，降低空间成本、人力成本和操作人员非标准化操作导至的检测污染风险 ［ 9 ］ 。 5.无纸化、信息化：分子诊断自动化系统配套的软件可以分为3个部分：人机交互机电控制软件、运行管理数据采集软件、数据存储整合分析软件，分别与分析前、中、后过程的硬件配合发挥作用。理想的分子诊断自动化信息系统应该是人性化、简洁化、智能化。通过二维码或条码进行试剂盒和样本的匹配，省去检验人员手工对标本分类排序、与样本号一一对应、输入仪器的运行参数等过程，简化操作步骤，提高检验效率，降低人工出错的概率。 （一）依托POCT的分子诊断自动化解决方案 传统POCT的定义是一种在采样现场进行的、利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到结果的检测方式。POCT包括三个要素：“即时”“即地”“即人”，对应的是快速、方便、人员要求低的特点（ 表1 ）。上述POCT的特点与当前临床和患者对于分子诊断项目的需求相契合，分子POCT应运而生，但由于分子诊断的特殊性，目前主要聚焦在“快速”这个特点上，对“场地”和“人员”依然有一定的要求 ［ 10 ］ 。
基于POCT的分子诊断自动化解决方案的核心思路是一种一体式核酸检测机（integrated nucleic acid detection machine，IDM）。虽然IDM作为一个独立的设备，其小体积限制了通量和功能的扩展，但将单体的小通量分子POCT仪器以矩阵式方式组合，便可形成具有较大检测通量的组合式仪器，通过不同检测菜单的搭配组合，对当前基因扩增实验室常规开展项目进行全面覆盖，达到高通量、多项目、快速检测、操作简单的效果。目前，市场上已有多款采用此类模式的产品，部分国产产品和进口品牌产品均已获得国家药品监督管理局批准并应用于临床检测 ［ 11 ］ 。均可在单机低通量的基础上，通过增加机器数量组合形成高通量矩阵，通过机械臂做的批量样本的样本自动上机、弃废等全流程操作，形成POCT的分子诊断自动化解决方案的极简操作模式。该解决方案的特点是设备可自由组合，通量可控，可以因地制宜，特别适合空间布局紧张的急诊检验室，可以实现样本全天即来即测，充分发挥分子诊断对疾病精准检测、早期检测的优势。若配合采用试剂冻干技术解决方案，试剂可以常温存储对临床而言也是非常重要的一大优势。 （二）依托流水线的分子诊断自动化解决方案 流水线模式的自动化检测解决方案在检验领域已经有非常广泛的应用，特别是在生化、免疫、临检等亚专业相关项目检测中的应用已经趋于成熟。自动化流水线检测的本质是采用工序分工和协作作业的方式，将检测过程中的多个环节，通过轨道或者传送带等设备将样本从一个检测步骤转移到另一个检测步骤的过程。 自动化流水线检测解决方案最显著的特点是高效率、高稳定性、可扩展。虽然生化、免疫、临检等流水线层出不穷，甚至出现生化免疫一体流水线，但分子核酸检测流水线产品市面上较为少见，主要是由于基因扩增技术实施过程中污染问题较难解决，常态下分子诊断项目检测样本量普遍不高，核酸提取方法的限制等因素。随着近几年国内核酸检测市场的蓬勃发展，磁珠法核酸提取技术的普及、核酸类检测试剂成本大幅降低等因素，依托流水线的分子诊断自动化解决方案具备了普及的前提条件 ［ 12 , 13 ］ 。 依托流水线的分子诊断自动化解决方案的核心是一种全过程自动化核酸检测系统（whole process automation nucleic detection system，WAS），通常包括核酸提取、扩增系统制备和核酸扩增分析模块。WAS生物安全风险低、高吞吐量、高稳定性的特点，有效提升实验室的检测能力，高度还原传统PCR实验室检测流程 ［ 14 ］ 。基于流水线的分子诊断自动化解决方案的特点是完全模拟传统核酸检测的全过程，便于操作者理解仪器的运行原理，对于应对超高检测量的需求（如大规模核酸筛查等）有一定的优势，对于系统布局的场地可能会有一定的要求，如需要配置空气过滤系统，需要占用一定的检测空间，检测试剂需要低温储存等。 虽然上述提及的2种分子诊断自动化解决方案具有显著的优势，但目前并没有在临床上广泛应用，存在一定的行业观望情绪和对技术的质疑点。 （一）POCT化还是流水线自动化 在分子诊断自动化3.0时代，针对不同需求定制多样化的自动化解决方案成为显著特征。当前阶段，我们不再局限于单一的技术、设备或解决方案，而是期待看到一个分子诊断自动化应用领域百花齐放的景象。在这一进程中，标准化扮演着至关重要的角色，它有助于打破不同平台间的技术壁垒，调和试剂与设备研发之间的潜在冲突，从而促进整个行业的健康发展和进步。 在医院层面上，门诊和急诊的需求不尽相同。门诊的标本量大，同一份标本多用于几种项目检测，以及检测环境要求高。分子诊断流水线凭借其高通量化，集成化，平台化的优势可以很好的满足这一特点。而急诊患者情况紧急，标本数量波幅较大，那么POCT自动化其即时即地的特点，对于操作人员要求低的特征完美符合了急诊应用的要求。在社会层面上，疫情发生时，流水线可以在大规模的筛查发挥重要作用，但常态化时，POCT模式又非常适合社区场景。在个人层面上，小型化的POCT将会成为首选，“单兵式”或“便携式”POCT自动化装备将会进入大多数居民居家检测的选择之一 ［ 9 ， 15 ］ 。 总的来说，理想中的分子诊断自动化3.0时代的解决方案是大而精准的需求将由分子诊断流水线解决，而紧急情况或者个性化需求将会由POCT方案解决。 （二）分子诊断的技术线路如何选择 目前来看，以实时荧光定量PCR技术为核心的产品占据目前分子诊断的主要市场。但若以IDM和WAS为出发点对其技术线路的选择进行总结可以发现，IDM更加倾向于检测速度更加快速的微流控技术、重组酶聚合酶扩增技术、环介导等温扩增技术、芯片杂交技术等新兴技术，甚至会整合多种新技术，进而达到提升速度和检测性能的目的。而WAS更加倾向于对传统PCR检测的流程的高度还原，技术线路更加侧重于qPCR技术。综合而言，IDM模式下更能激发分子诊断行业技术创新和临床应用模式的创新，促进制度创新和优化修订。WAS模式相对保守，更能还原现有操作习惯，符合现有政策规定 ［ 7 ］ 。 （三）分子诊断的管理政策走向何去何 近年来，中国政府对分子诊断行业的重视程度不断提高，逐渐出台了一系列政策法规，对行业发展起到了积极的推动作用。但目前国内分子诊断行业规范仍然不够完善，还有许多问题尚待解决。 1.基因扩增实验室的分区问题：在实验室环境层面，国外分子诊断对于实验室环境要求大大降低，但国内仍然因为实验室自动化程度不高，为降低产物污染的风险，而陷于必须三区划分的困境。随着分子诊断自动化程度的提高，尤其是具有一定气密性密闭式试剂的出现降低了三区划分的必要性。一体式POCT仪大大减小了污染的可能性，与此同时分子诊断流水线中大量手工操作被机械替代，仪器内部进行分区的设定也无须再进行三区划分。 2.分子诊断项目开展流程复杂：2018年11月1日，《医疗技术临床应用管理办法》经国家卫生健康委审核通过并施行，对医疗技术临床应用提出基本要求。办法将医疗技术分为禁止类、限制类、未纳入禁止类和限制类技术目录的医疗技术三类，分子诊断项目因为其检查内容的特殊性被多地列为限制类技术。开展前需要通过当地临床检验中心复杂的申报审批流程，大致可分为以下2种情况：其一，拟开展项目在清单中的，直接备案；其二，拟开展项目不在清单中的，需要新技术评估和备案。实验室申请分子诊断新技术评估分为电子材料申请、纸质材料提交、答辩评审三个阶段。过程极为烦琐，耗时极长。有待我们思考的是：在完善相关法律法规的情况下，保证分子诊断技术的合理性和合法性的前提下，松开分子诊断项目的绳索，推动我国分子诊断技术的发展，是否已经迫在眉睫了。 3.分子诊断相关遗传咨询和伦理审查方面有待加强：在分子遗传学深入研究和精准医学快速发展的大前提下，遗传咨询与伦理审查在预防、诊断和治疗遗传性疾病中的作用日益凸显。伦理审查在分子诊断领域更应严格把控，以确保研究或应用活动符合道德和伦理原则，保护研究参与者和患者的权益，促进科学研究的健康发展和医疗技术的合理应用。目前伦理审查基于知情同意原则、保密原则以及非歧视原则等，在此基础之上，我们对于现在的遗传咨询与伦理审查方面提出了以下期望：其一，健全现有法律体系，我国目前在分子诊断相关遗传咨询和伦理审查方面属于空白，遗传咨询师培训滞后且无临床咨询经验。我们需要在法律的明文规定下推动分子诊断领域下的遗传咨询与伦理审查发展。其二，提高患者的自身伦理认识，患者缺乏对于自己的遗传信息的保护的认知，这一现象仍较为普遍。虽然目前现行《人类遗传资源管理暂行办法》中也有关于知情同意的相关规定，但已落后于当下生命科技发展的步伐。其三，完善伦理治理规范，我们将长期面临的现状是基因检测伦理问题的忽视，包括患者遗传信息的隐私保护、分子诊断报告的临床解释与心理咨询辅导。法律永远只是最基础的道德底线，如何完善相关规范，形成一个伦理治理体系仍然任重道远。 分子诊断自动化是医学检测领域的重要发展方向，尤其在近年来呼吸道疾病频发和公众关注度提升的背景下，其意义更加凸显。传统分子诊断手工模式存在操作复杂、效率低、易污染等问题，而分子诊断自动化的出现，有效地解决了这些问题。分子诊断自动化不仅简化了操作流程，降低了对实验室操作人员的技术要求，同时也减少了实验室对空间的需求，提升了检测效率。通过高通量、随来随检、平台化、标准化、集成化、微型化、无纸化、信息化等发展趋势，分子诊断自动化正在推动医学检测领域的进步。 基于POCT和流水线的2种分子诊断自动化解决方案各具特色。POCT方案适用于空间紧张、需求快速检测的场景，如急诊检验室，其设备可自由组合，通量可控，能够实现样本的全天即来即测。而流水线方案则适用于大规模、高吞吐量的检测需求，如大规模核酸筛查，其全过程自动化的特点显著提升了实验室的检测能力。与此同时，分子诊断自动化虽降低了对检验人员的操作压力，但增加了对理论能力和实践经验的要求，对检验人员提出了新的要求。 总的来说，分子诊断自动化3.0时代的2种解决方案在提高检测效率、降低人工成本、防止污染、提高诊断准确性等方面具有显著优势，是医学检测领域的重要发展方向。未来，随着技术的进步和市场的需求，分子诊断自动化3.0将会得到更广泛的应用和发展。 参考文献（略） |
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