流体控制在POCT中的应用

床边检验(Point of care testing, POCT)又称床旁检测,是指在病人身边或附近进行的测试。由于能显著缩短样品周转时间,快速提供检验结果，POCT 已成为临床检验的一个重要发展方向。

 微流控技术因其快速高效的分析、自动化的流体操控和易于微型化等突出特点,成为了当前推动POCT 仪器发展的主要技术。

微流控POCT 仪器可按照分析方法、检测器类型以及应用体系等不同方法进行分类。由于实现上述综合集成的关键之一在于贯穿整个分析过程的流体操纵和控制，因此,流体操控方法也成为制约当前微流控POCT 系统实用化的瓶颈之一。

 微流控分析中常用的高精度注射泵和聚二甲基硅氧烷(PDMS)气动微阀微泵虽然具有精密的液体量取和复杂的流体操控能力,但其系统难以实现集成和微型化,因而在POCT 中的应用受到限制。目前,常见POCT 系统的驱动方式主要包括压力驱动、离心力驱动、电湿润驱动和毛细作用力驱动4 种。

压力驱动在POCT 中的应用

在集成化微流控POCT 系统中,通常使用的压力驱动模块有电解泵、压缩气体泵、化学分解泵和直接气压差驱动等。

其原理如图1 所示,各分析试剂准确量取后储存在储液池中,每个储液池通过微通道与后方的驱动泵相连,各驱动泵可分别控制,由此可实现分析中多溶液、多步骤的复杂操作。

Do 等以偶氮二异丁腈化学推进剂替代压缩空气为液体驱动源。,工作时,金属加热器加热偶氮二异丁腈,使其受热分解产生氮气,氮气推动样品池内的血液通过电化学检测器。通过控制加热时间和加热温度(电流),能较好地控制流体的流动速度。

      压力驱动优缺点分析：

压力驱动POCT 系统流体驱动操作简单可靠,容易实现自动化,系统集成度高。

不足之处在于试样需要预封装在芯片内,未能实现试样的现场引入,这不利于POCT系统在现场的实际应用。

离心力驱动在POCT中的应用

离心力驱动的POTC系统方法的突出优点是只用一个电机即可实现多种流体的顺序驱动,且芯片上没有活动部件,可靠性较高,适合用于多步液体操作或并行分析的场合。

但由于芯片工作时处于高速旋转状态,通常只能使用光学检测方法,难以进行电化学检测,因此其应用范围受到一定限制。

Lee 研究组通过在离心力驱动芯片上引入光控蜡阀的方法实现全血分析。其原理是在芯片通道固定铁氧化物纳米颗粒和石蜡混合物构成蜡阀。初始石蜡为固体,阀呈关闭状态;需要开启时,用激光照射石蜡,铁氧化物纳米颗粒吸收激光能量后升温致石蜡融化,蜡阀开启。蜡阀的使用避免了高离心转速全血分离过程对其它流体操作的影响,显著提高了离心芯片对流体操控的灵活性。

电湿润在POCT 中的应用

 电湿润原理：芯片为上下两层结构,流体以液滴形式夹在两层结构中间进行操控。上层芯片加工有一公共的电极,下层芯片表面加工多个独立的电极,电极表面覆盖绝缘层和疏水层。下层芯片各电极可单独控制,电极通电时其表面张力减小,断电时表面张力升高。在相邻两电极间通断电,可使其表面的液滴由断电电极向通电电极移动。通过在不同电极间交替通电,可驱动液滴沿着电极排布的路径移动。

Sista 等基于电润湿芯片的多功能分析平台。如图所示,分析前试样与所需试剂被预先装载在对应的芯片储液池中,可用于12 个试样的并行分析。

电润湿优缺点分析：

优点：电湿润驱动是微流控技术中最为灵活的液体操控方式之一,在POCT 应用中显示出很大的发展潜力。       

缺点：芯片表面存在的非选择性吸附会产生液滴间的交叉污染。

毛细作用力驱动在纸芯片POCT中的应用

Whiteside 研究组研制了一种采用电化学检测的纸芯片,可以利用商品化的血糖计作为检测器进行检测。

芯片上加工有碳电极,电极间的检测区预先固定了硫氰化铁和葡萄糖氧化酶,试样通过试纸下端吸入检测区,试样中葡萄糖与试剂发生氧化还原反应,利用血糖仪测定反应产生的电流可获得试样中葡萄糖的含量信息。通过在检测区固定不同的酶催化剂,该系统最终成功实现血糖、乳酸、胆固醇和水溶液中酒精含量的快速分析。