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在临床实践中，血液检测需求大，但现有集中化检测存在诸多弊端，即时检测（POC）意义重大却面临技术难题。研究人员开展了针对 C 反应蛋白（CRP）检测的系统研究，构建被动式微流控墨盒与高性能传感平台。结果显示该设备分离与检测效果良好，有望推动 POC 发展。
在现代医疗体系中，血液检测是临床实践里极为常见的一项检查手段。想象一下，医院里每天都有大量患者需要进行血液检测，从常规体检到疾病诊断，血液检测结果为医生提供了关键信息。然而，目前大部分血液检测样本都是在集中化的实验室进行分析。这种模式虽然有其专业性和准确性，但也存在不少问题。对于一些常规疾病的监测，患者往往需要等待较长时间才能拿到检测结果，这不仅增加了患者的负担，也加重了医疗系统的压力。而且，集中化检测需要专业人员操作复杂的仪器设备，对场地和环境也有一定要求，在一些医疗资源相对匮乏的地区，难以满足患者的检测需求。
为了解决这些问题，即时检测（Point-of-Care Testing，POC）技术应运而生。POC 检测可以在患者床边或离患者很近的地方进行，大大缩短了检测时间，提高了医疗效率，还能减轻患者往返医院的麻烦。不过，要实现 POC 检测的广泛应用，还面临着诸多技术挑战。一方面，需要开发出既复杂精密又易于操作的技术；另一方面，还要在保证低成本的同时，确保检测性能达到临床要求。目前，大多数研究只是针对部分需求，孤立地研究特定方面，缺乏系统全面的考虑。
在这样的背景下，来自英国赫尔约克医学院（Hull York Medical School）和约克大学物理与技术学院等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于 C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）的检测。CRP 是一种由肝脏合成的五聚体蛋白，在炎症、组织损伤、感染和恶性肿瘤等情况下，血液中的 CRP 水平会显著升高。在健康个体中，循环 CRP 的中位浓度为 0.8mg/L，而在病理状态下，其水平可能升高百倍甚至千倍。CRP 检测对于监测慢性疾病患者，如类风湿性关节炎患者或癌症治疗过程中的患者，具有重要意义。准确及时地获取 CRP 检测结果，能够帮助医生更快地制定治疗方案，防止病情恶化，还可以让患者在远离诊所的地方进行自我监测。
研究人员提出了一种系统的解决方案，将完全被动的微流控墨盒用于血液分离，与高性能传感平台相结合。该设备与手持检测单元兼容，操作简单，并且能够准确检测临床相关水平的 CRP。这一研究成果发表在《npj Biosensing》上，为 POC 检测技术的发展带来了新的突破。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 3D 打印技术，通过计算机辅助设计软件生成模型，使用 Formlabs Form3 + 树脂打印机打印出微流控墨盒的各个组件。其次是微流控技术，利用重力和毛细管力实现血液的被动分离和血浆的输送。还有引导模式共振（Guided Mode Resonance，GMR）传感技术，基于 GMR 原理设计的传感芯片，能够对 CRP 进行高灵敏度检测。此外，研究中使用的样本包括来自志愿者的手指采血样本和医院住院患者的血浆样本，这些样本为研究提供了数据支持。
下面来看看具体的研究结果：
- 墨盒设计：墨盒由三个通过 3D 立体光刻打印的组件构成。血液样本从顶部入口加入，在重力作用下通过血浆分离膜，血浆随后由毛细管通道引导至传感芯片。研究人员特别设计了通道的尺寸，使流速与样本体积和抗体 - 抗原结合饱和所需时间相匹配，有效流速约为 24μL/min。同时，通过在过滤器和传感器之间引入 20° 的倾斜部分，解决了流体阻抗匹配的问题，实现了血浆的完全被动分离和输送。
- 血液溶液分离：研究人员采集志愿者的手指采血样本，稀释后进行实验。通过对比未处理血液样本和经过墨盒处理样本的显微图像，发现经过墨盒处理后，红细胞数量显著减少，细胞密度降低了 97%。从吸收光谱测量结果来看，墨盒分离得到的血浆与离心法制备的血浆效果相近，血红蛋白浓度降低了 96%。而且，对比墨盒分离和离心分离样本中 CRP 的浓度，发现两者相当，表明该墨盒在分离过程中不会造成蛋白质的显著损失。
- 传感平台：传感芯片直接集成在墨盒中，采用 “啁啾” GMR 模式。每个传感器由一对 “蝴蝶结” 配置的啁啾 GMR 传感器组成，这种设计可以消除机械振动对测量信号的影响。通过对不同样本的检测发现，在 PBS 缓冲液中，参考传感器和测量传感器响应相近，噪声水平为 0.11 微米均方根（RMS）；在胎牛血清中，虽有非特异性结合，但两个传感器响应差异极小，噪声值上升到 0.70 微米 RMS。在检测临床患者血浆样本时，传感器的差异位移与样本中 CRP 浓度相关，且随着样本稀释，共振位移幅度减小。在检测手指采血样本时，也观察到随着 CRP 浓度增加，共振位移差异增大的趋势。
研究结论和讨论部分进一步强调了该研究的重要意义。该传感平台将高性能、无标记的光学传感器与流体墨盒相结合，具有低成本、操作简单的优势，且不影响诊断性能。其被动式设计避免了复杂昂贵的流体驱动装置，也无需标记或洗涤步骤。单一流体通道和多个功能化传感器的设计，不仅可以同时测量信号和参考值，还能通过功能化多个传感器检测多种疾病生物标志物，为内部质量控制提供了可能。不过，研究也指出了未来需要改进的方向。例如，不同患者血液成分存在差异，如红细胞比容（haematocrit）的变化会影响生物标志物浓度的准确估计，未来的 POC 设备需要考虑并校正这些差异。此外，减少非目标分子的结合、优化抗体功能化和传感器纳米制造技术等，将进一步提高传感平台的量化能力、灵敏度和重现性。
总的来说，这项研究为 POC 检测技术的发展提供了新的思路和解决方案，有望推动血液检测技术向更便捷、高效的方向发展，让医疗检测更加贴近患者，为改善全球医疗健康水平做出贡献。
