血液是臨床常用檢材，因其循環特性可富集并運輸病理標志物，是研究疾病生物標志物的理想體液。慢性腎臟病（CKD）已成為公共衛生負擔，其死亡率高且呈現年輕化趨勢。迫切需要開發家庭監測系統，以實現CKD血清生物標志物的早期診斷和長期監測。居家全血檢測使患者能便捷實時監控自身健康指標，對疾病的早期診斷和長期監測具有重要意義。然而，傳統全血分離依賴于復雜昂貴的離心設備，這極大地限制了其在即時檢測（POCT）領域的普及與應用。
據麥姆斯咨詢報道，太原理工大學人工智能學院生物醫學精準檢測與儀器研究所李曉春教授團隊以紙基全血分離技術為主題，與山西白求恩醫院任小軍主任合作在生化傳感領域知名學術期刊ACS Sensors發表了題為“Microfluidic Chip with Integrated Whole Blood Separation for Simultaneous Accurate Quantification of Multiple Chronic Kidney Disease Markers and Long-term Monitoring”的論文。
為克服當前CKD檢測瓶頸，研究人員將濾血紙基微流控芯片與智能手機相結合，一步分離紅細胞與血漿并精準測定指標，通過移動應用解析數據、保存記錄并健康預警，為診療提供動態依據，顯著提升了檢測便捷性與時效性，推動患者自主健康管理和疾病防控，有望成為完善公衛服務與個性化監護的重要途徑。
濾血紙基的微流控芯片設計
該研究創新性地開發了一種基于濾血紙基的微流控體系，無需外部驅動力或復雜輔助設備，基于30 μL全血樣本即可實現高效血漿分離，顯著簡化了操作流程并降低了檢測成本。
此外，為進一步實現血液分離后的相關檢測，針對慢性腎病檢測的痛點問題，該研究實現了全血分離與疾病標志物一體化的POCT需求。利用紙基芯片顯色劑固定技術，并基于數字圖像比色法結合智能檢測系統，完成了全血分離及血液中慢性腎病標志物的一步式定量檢測。
基于濾血紙基微流控芯片的慢性腎病標志物智能居家監測
通過對定性濾紙的篩選及功能化改性，研究人員成功研發出高效血漿分離技術，分離效率高達96.88%。在此基礎上，進一步優化了色度分析參數、顯色劑添加量及反應時間等關鍵條件，并結合自主研發的智能檢測App（CKD Detection App），實現了對UA、CR、Alb的高靈敏度同步檢測，檢測限分別達到0.1127 mM、0.2978 μM和0.7696 mg/mL，完全滿足臨床診斷標準。該技術有望為慢性腎病的早期篩查和家庭監測提供便捷、可靠的解決方案。
濾血微流控裝置的優化及光學圖像，（a）NaCl濃度；（b）Tween 20濃度對分離效率的影響
為了驗證該檢測系統的臨床實用性和可靠性，研究人員將其與醫院的貝克曼AU 5400全自動生化分析儀就83例臨床全血樣本的檢測結果進行了對比，一致性高達92%以上，表明該系統具有良好的真實樣本檢測性能及潛在的臨床應用價值。
濾血紙基微流控芯片與醫院Beckman AU 5400全自動生化分析儀測定83份真實血液中UA、CR和Alb檢測結果的一致性分析。（a-c）為陰性組和陽性組UA、CR、Alb的分布情況；（d-f）分別為UA、CR、Alb的ROC曲線；（g-i）分別為UA、CR和Alb檢測結果的一致性分析小結
總結而言，該研究基于濾血紙基微流控芯片結合智能手機設備的居家檢測系統具有以下優點：
（1）操作簡便，成本經濟：采用30 μL全血樣本和自動圖像識別技術，簡化操作流程；單次檢測成本低于0.1美元，微型化檢測設備（78 mm × 70 mm × 45 mm）與智能手機App協同工作，無需離心預處理，16分鐘即可完成血漿分離和三項標志物同時定量。
（2）創新性三層濾紙設計：完成普通定性濾紙的篩選及改性，實現紅細胞高效聚集同時提升血漿分離效率（分離效率高達96.88%），同步檢測UA（0.1127 mmol/L）、CR（0.2978 μmol/L）、Alb（0.7696 mg/mL），檢測限、檢測范圍及靈敏度滿足臨床需求。
（3）較高的穩定性和實用性：能夠有效減少環境干擾和人為判讀誤差，檢測系統經83例臨床實際血樣驗證，其檢測結果與醫院標準儀器高度吻合，可精準量化各項指標并評估健康狀況。此外，該系統適配性強，支持多型號智能手機，具備良好的推廣應用價值。
太原理工大學李曉春教授、李海琴博士及山西白求恩醫院任小軍主任為論文的共同通訊作者，太原理工大學博士研究生楊晶為論文第一作者，山西醫科大學碩士研究生馮曉曄和常鵬濤參與了本工作。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acssensors.5c00491
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