微流控芯片体外诊断

微流控芯片体外诊断,内容提要,全球体外诊断试剂产业状况,全球体外诊断试剂产业状况,2010年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元）来源：A&M Mindpower Solutions: Global In-vitro Diagnostics SectorProspects in Emerging Markets, 2010,国内体外诊断试剂产业状况,我国体外诊断产业的发展开始于20世纪80年代，经历20多年的发展，从无到有，从弱到强，现正已具备产业规模发展条件我国体外诊断产品用户主要包括19700多家医院、39000多个乡镇卫生院、300多家血站，还有日新月异的体检中心和正在兴起的临床检验独立实验室,国内体外诊断试剂产业状况,中国人口占世界总人口的22%，但体外诊断试剂份额却只占全世界的5%近年来，各种新技术、新方法的兴起和融合，又促进了体外诊断试剂的开发应用和更新换代与此同时，随着人民群众收入的增加和生活标准的提高，人们对健康和医疗品质又有了更高的需求在种种利好的条件下，体外诊断试剂产业的发展迎来了医疗发展史上“千载难逢”的好机遇。,国内体外诊断试剂产业状况,国内体外诊断试剂产业状况,我国体外诊断试剂市场组成（2009 年数据） 来源：GlobalData: In Vitro Diagnostic Market, China, 2010,国内体外诊断试剂产业状况,2008年和 2009 年体外诊断公司所占中国市场份额 来源：GlobalData: In Vitro Diagnostic Market, China, 2010,内容提要,生物芯片的由来,临床诊断，如：婴儿护理，床边检测(Point-of-care)环境检测DNA大规模平行分析自动化药物发现蛋白质结晶,传统的大型生化分析仪,微型化,Microfluidic Lab-on-a-Chip,临床诊断应用,用于临床诊断的微流控芯片实验室,高通量最低人为干预更少的样品/试剂消耗更高的灵敏度更佳的生产率,从晶体管到集成电路,因信息处理的需要而发展,IBM 701 calculator (1952),IBM Power 5 IC(2004),从试管到生物芯片,因生物分子的分析需求而发展,Test tube analysis,Agilent DNA analysisLab on a Chip (1997),从试管到生物芯片,Test tubes,Robotics,Microfluidics,Automation,Integration,Miniaturization,生物芯片的分类,微阵列芯片(Microarrays)临床诊断遗传指纹谱药物筛选遗传研究细胞研究,生物芯片的分类：微流控芯片,连续流芯片实验室：永久刻蚀的微通道、微泵和微阀数字微流控芯片实验室：对不连续液滴的操控,(Duke University),Mixing: Static, Diffusion Limited,Multiplexing,微流控芯片的起源,定义：微流控芯片（Microfluidic chip）又称芯片实验室（Lab-on-a-chip）它将化学中所涉及的样品预处理、反应、分离、检测，生命科学中的细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块几平方厘米大小的芯片上，并以微通道网络贯穿各个实验环节，从而实现对整个实验系统的灵活操控，承载传统化学或生物实验室的各项功能。,微流控芯片的发展历程,微流控芯片的发展,一种高度集成的DNA测序芯片Blazej, R. G. et al., PNAS 2006, 103, 72407245.,用于床边检测(POC)的微流控芯片,理想的床边检测(POC)芯片,检测性能（灵敏度、特异性）检测通量,适用范围制造成本易用性,内容提要,微流控芯片的发展,微流控芯片的材质和加工微流控芯片免疫检测的模式微流控芯片免疫检测中的流体控制微流控芯片多指标免疫检测,微流控芯片的材质,常用的芯片材质a) E. Verpoorte, N.F. De Rooij, Proc. IEEE 2003, 91, 930-953.b) L. Gervais, E. Delamarche, unpublishedc) A. W. Martinez et al., Anal Chem 2010, 82, 3-10.d) J. Huft et al., Lab Chip 2010, 10, 2358-2365.e) D.A. Mair et al., Lab Chip 2009, 9, 877-883.,微流控芯片制作方法,硅、玻璃以及石英等材质：光刻蚀刻聚合物材质：模塑法注塑法LIGA技术激光烧蚀法软光刻法,微流控芯片制作,快速模塑法加工PDMS微流控芯片示意图,微流控芯片免疫检测的模式,模式分类：非均相芯片微通道表面直接修饰微球表面修饰（磁性、非磁性）均相基于电泳分离的免疫检测,非均相：芯片微通道表面直接修饰,Wen X, He H, Lee LJ (2009) J Immunol Methods 350: 97105,非均相：磁性微球表面修饰,Morozov VN, Groves S, Turell MJ, Bailey C (2007) J Am Chem Soc 129: 1262812629,非均相：非磁性微球表面修饰,Wang YC, Han J (2008) Lab Chip 8: 392394,均相：芯片凝胶免疫电泳分析,Herr AE, Hatch AV, Throckmorton DJ, Tran HM, Brennan JS, Giannobile WV, Singh AK (2007) PNAS 104: 5268-5273,微流控芯片免疫检测中的流体控制,分类：电动流控制数字化微流控压力驱动流体控制气阀离心力被动毛细力流体控制,电动流控制,Mohamadi MR, Kaji N, Tokeshi M, Baba Y (2007) Anal Chem 79:36673672,数字化微流控,Sista RS, Eckhardt AE, Srinivasan V, Pollack MG, Palanki S, Pamula VK (2008) Lab Chip 8:2188 2196Sista R, Hua Z, Thwar P, Sudarsan A, Srinivasan V, Eckhardt A, Pollack M, Pamula V (2008) Lab Chip 8:2091 2104,气阀驱动的流体控制,Henares TG, Mizutani F, Hisamoto H (2008) Anal Chim Acta 611:1730,离心力驱动的流体控制,Lee BS, Lee JN, Park JM, Lee JG, Kim S, Cho YK, Ko C (2009) Lab Chip 9:1548 1555,被动毛细力驱动的流体控制,Gervais L, Delamarche E (2009) Lab Chip 9:3330 3337,微流控芯片多指标免疫检测,基于表面微阵列的多指标检测微流控通道网络DNA介导固定的蛋白质抗体微阵列基于微球的多指标检测,基于微流控通道网络的多指标检测,Bernard A, Michel B, Delamarche E (2001) Anal Chem 73:8-12,DNA介导固定的蛋白质抗体微阵列,Fan R, Vermesh O, Srivastava A, Yen BKH, Qin LD, Ahmad H, Kwong GA, Liu CC, Gould J, Hood L, Heath JR (2008) Nat Biotechnol 26:1373-1378,基于微球的多指标检测,Riegger L, Grumann M, Nann T, et al., (2006) Sens Actuators A 126:455462,基于磁性微球及生物条形码的多指标检测,Stoeva SI, Lee J-S, Smith JE, Rosen ST, Mirkin CA (2006) J Am Chem Soc 128:83788379,内容提要,微流控芯片体外诊断产品,手持式电化学临床血液分析仪检测范围：血气参数、电解质、凝集分析、血液学分析、血糖、心脏标志物.,微流控芯片体外诊断产品,Amic Forecast chip,