憑借高通量的樣品處理效率和快速準(zhǔn)確的分析速度，微流控器件在液體活檢領(lǐng)域得到廣泛研究?；诖?，近期，山東大學(xué)蔣妍彥課題組在Advanced Materials Technologies期刊上發(fā)表了題為“Microfluidic Chips Fabrication and Integration for Tumor-Derived Exosomes Detection”的綜述性論文，基于腫瘤源性外泌體的檢測(cè)應(yīng)用，分別介紹了通道微流控、液滴微流控、水凝膠微流控和紙基微流控器件的微通道制造工藝、材料及與微流控有良好兼容性且具有臨床應(yīng)用潛力的分析方法。

圖1 基于微流控器件在外泌體檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

該綜述首先回顧了目前的腫瘤源性外泌體生物標(biāo)志物。外泌體攜帶母細(xì)胞指紋蛋白、調(diào)節(jié)腫瘤表達(dá)微環(huán)境的金屬蛋白酶和調(diào)節(jié)受體細(xì)胞基因表達(dá)的microRNAs（miRNAs）等，并廣泛分布于幾乎所有體液中。研究表明，外泌體與腫瘤病理發(fā)展過(guò)程密切相關(guān)，并被認(rèn)為是頗具潛力的生物標(biāo)志物。研究認(rèn)為腫瘤源性外泌體標(biāo)志物主要包括蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)三類(lèi)，該綜述從生物發(fā)生和癌癥診斷中的價(jià)值兩方面分別對(duì)其展開(kāi)介紹，并歸納其在檢測(cè)應(yīng)用中的特點(diǎn)。

在外泌體檢測(cè)應(yīng)用中，微流控器件通常設(shè)計(jì)為集微納通道、反應(yīng)室和分析模塊為一體的集成裝置。其中，上游微通道作為樣品純化富集的場(chǎng)所，具有微納米尺度的復(fù)雜形狀和較大的比表面積，因此其物理設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)器件分析性能有重要影響。鑒于此，該綜述將微流控器件依據(jù)微通道物理設(shè)計(jì)分為通道微流控、液滴微流控、水凝膠微流控和紙基微流控四大類(lèi)型，并分別概述在制造過(guò)程中采用的典型材料和制造工藝，以及各自在應(yīng)用中的特點(diǎn)。

目前，通道微流控和液滴微流控憑借更成熟可控的流體操縱技術(shù)優(yōu)勢(shì)在該領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。其中，通道微流控多采用無(wú)機(jī)材料結(jié)合光刻技術(shù)和3D打印技術(shù)，將微通道設(shè)計(jì)為具有特殊形狀的凹槽通道，如圖2所示。為更有效的利用微通道中流體層流特性進(jìn)行非破壞性分選，有研究在凹槽內(nèi)周期排列了具有不同形貌合尺寸的納米柱，大大提高外泌體捕獲效率。

圖2 用于外泌體檢測(cè)的通道微流控物理設(shè)計(jì)



圖3 兩種液滴微流控器件的幾何結(jié)構(gòu)

此外，分析策略是實(shí)現(xiàn)外泌體檢測(cè)的重點(diǎn)，然而其在微流控平臺(tái)的集成除了考慮檢測(cè)的有效性外還需考慮與上游微通道的兼容性。該綜述從微流控集成的兼容性出發(fā)，分別總結(jié)了與四種微流控平臺(tái)適配的分析模塊，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。在四種微流控器件中，通道微流控可集成的分析模塊類(lèi)型最為廣泛，其與熒光和拉曼等化學(xué)編碼分析策略集成的研究較多。近年來(lái)，研究人員提出將熒光檢測(cè)與即時(shí)檢測(cè)（POCT）策略相結(jié)合的光學(xué)定量技術(shù)，該技術(shù)支持在智能終端設(shè)備上直接讀出檢測(cè)信號(hào)，具有便攜、高效的優(yōu)勢(shì)，有望用于臨床診斷。

圖4 利用拉曼微流控芯片進(jìn)行外泌體檢測(cè)

總體而言，微流控器件在外泌體檢測(cè)領(lǐng)域的研究可關(guān)注以下幾個(gè)方面：

（1）建立外泌體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系?？紤]到外泌體的異質(zhì)性，明確具體生物標(biāo)志物的類(lèi)型、測(cè)定的濃度閾值以及分析數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程是必要的。

（2）提高微通道的加工精度。許多對(duì)單個(gè)外泌體的絕對(duì)定量分析方法需要結(jié)構(gòu)合理的微通道的支持。因此，通過(guò)模擬流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)計(jì)微通道形狀，開(kāi)發(fā)高性能納米材料（貴金屬團(tuán)簇、量子點(diǎn)和納米酶）并將其與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合以?xún)?yōu)化微通道設(shè)計(jì)，將有助于改善檢測(cè)效果。

（3）開(kāi)發(fā)更精確的分析模塊。利用微流控高通量樣品處理的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)多重分析策略將提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。如外泌體的多種標(biāo)志物同時(shí)檢測(cè)策略或外泌體-腫瘤細(xì)胞聯(lián)合檢測(cè)策略等。

審核編輯：劉清