寄生蟲生物標志物的檢測對于診斷和治療監(jiān)測至關(guān)重要。然而，對全血樣本進行分析通常需要紅細胞裂解。盡管在實驗室環(huán)境中裂解操作易于實現(xiàn)，但臨床仍需一種低成本技術(shù)，以在資源匱乏的環(huán)境中對樣本進行采集、處理和分析。干血斑卡為在這類環(huán)境下微量采集血液提供了一種簡便方法，但標準血斑卡無法完成樣本前處理，包括所需要的裂解步驟。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，為滿足這一需求，西班牙瓦爾德希伯倫大學(xué)醫(yī)院衛(wèi)生研究所、巴塞羅那自治大學(xué)和美國塔夫茨大學(xué)等機構(gòu)的聯(lián)合研究團隊開發(fā)了一種三維紙基微流控裂解器件，可實現(xiàn)100%的細胞裂解，且裂解效果不受樣本成分影響。利用該器件完成裂解后，對瘧原蟲感染樣本的檢測結(jié)果可與標準液體裂解程序相媲美。相關(guān)研究成果已經(jīng)以“Creating an improved workflow for paper-based malaria diagnostics by integrating total lysis of whole blood”為題發(fā)表于近期的Lab on a Chip期刊。所開發(fā)的三維紙基裂解器件由多孔材料、雙面膠和覆膜等一系列層壓結(jié)構(gòu)組成。研究人員對各層進行了專門設(shè)計，使其具備四項功能（圖1）。紙基器件頂部的入口是在覆膜蓋板上切割出的直徑5 mm的孔口，用于添加全血樣本。在下一層中，血液與儲存的試劑發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)全血裂解。為了從最終樣本中去除多余的細胞碎片，裂解層下方放置了血漿分離膜，使溶血產(chǎn)物能夠無阻礙地流向樣本出口。器件底部設(shè)有圖案化的紙基通道，將裂解后的血液引導(dǎo)至出口以完成收集。裂解后的血液既可以就地儲存，也可以通過打孔器收集，用于立即洗脫和檢測。無論采用哪種方式，在收集樣本前，溶血樣本都必須完全充滿出口。研究人員采用不同的圖案化工藝制造了兩種版本的三維紙基裂解器件。第一種版本，基于先前紙基裂解器件的設(shè)計，通過蠟圖案化工藝定義流體通道，并使用皂苷作為裂解劑。另一種版本，裂解和通道組件的微流控特征通過激光切割來定義。所開發(fā)裂解器件的首要設(shè)計目標是確保足量的溶血產(chǎn)物到達采樣區(qū)域。為優(yōu)化血液流動，研究人員在蠟圖案化器件上測試了不同幾何結(jié)構(gòu)，采用了不同尺寸的入口和通道。3號設(shè)計擁有更大的入口和更短的通道，是唯一能對60 μL樣本實現(xiàn)血液完全裂解，并將溶血產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至出口的設(shè)計。圖2 紙基裂解器件幾何結(jié)構(gòu)與材料的優(yōu)化用于制造該器件的紙質(zhì)材料同樣對其性能至關(guān)重要。研究人員對比了四種等級的纖維素濾紙。研究人員通過比較紙基器件裂解前后血樣中檢測到的總血紅蛋白濃度，估算了所測試的兩種紙基器件實現(xiàn)的血液裂解程度。為檢測裂解效率，每種器件均使用經(jīng)濃縮溶血試劑修飾的裂解層組裝。對比了三種試劑組成：50%皂苷，5% Triton X-100，以及25%皂苷與2.5% Triton X-100的混合物。整體實驗流程如圖3a所示，將裂解試劑干燥后，向器件中加入血液，再提取并分析血紅蛋白。同時用新鮮制備的血紅蛋白標準品繪制校準曲線（圖3b）。在所有實驗中，紙基器件裂解前后檢測到的血紅蛋白濃度均具有可比性，表明所開發(fā)的紙基器件的血液裂解及裂解物回收率均較高。圖4 裂解與未裂解樣本中惡性瘧原蟲乳酸脫氫酶（Pf-LDH）的檢測研究人員將該紙基裂解器件用于處理一份經(jīng)顯微鏡檢測為瘧疾陽性的臨床樣品。結(jié)果顯示，采用試管或紙基裂解器件的樣品處理流程，血樣裂解后ELISA檢測到的Pf-LDH濃度均提升了10倍，這表明該研究開發(fā)的紙基裂解器件可應(yīng)用于臨床樣品的研究。該研究首次開發(fā)了一種可自動裂解全血的紙基微流控器件，適用于所有人體血細胞比容水平（25%–55%），能在10分鐘內(nèi)完成樣本采集與裂解。研究人員介紹了采用蠟印法和激光切割法制備的兩種器件原型。該器件可實現(xiàn)100%的細胞裂解，且裂解效果不受樣本成分影響。利用該器件完成裂解后，對瘧原蟲感染樣本的檢測結(jié)果可與標準液體裂解程序相媲美。此外，經(jīng)該器件干燥保存的樣本在室溫下抗原穩(wěn)定性可維持1周以上，這也為實驗室延遲檢測提供了便利。研究結(jié)果表明，這類裂解器件有望拓展瘧疾檢測樣本的采集環(huán)境。未來研究將聚焦于優(yōu)化儲存策略以延長干燥裂解血樣本的保存期限，并將裂解器件與快速診斷檢測相結(jié)合。https://doi.org/10.1039/D6LC00145A延伸閱讀：
《微流控技術(shù)及市場-2024版》
《即時診斷應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)及市場-2022版》
