新型检测技术在即时检测（POCT）中的应用.pdf

即时检验（point-of-care testing，POCT），又称现场快检或床旁快检，是一种可以在现场及时完成检测并报告结果的检测方式。然而，传统 POCT 难以充分满足精准定量与自动化检测等需求，精准诊疗时代急切需要更准、更快、更便利、更普惠的新型 POCT 产品。随着生物学、化学、电子信息学、工业加工等学科的技术革新和进步，层出不穷的创新型 POCT 诊断技术在临床诊疗、公共卫生防控及大健康管理中展现出了极具优势的应用价值和广阔的应用前景。本综述旨在对 POCT 发展、新技术进行系统性概述，对传统检测技术与新型检测技术在 POCT 中应用进行讨论和前景展望。关键词 即时检验（POCT），传统检测技术，新型检测技术 The Application of New Detection Technology in Point of Care Testing Chen Jian (Center for Drug Evaluation&Inspection of Chongqing Municipal Drug Administration,Chongqing 401120,China)Abstract Point-of-care testing(POCT),known as on-site quick testing or near patient testing,refers to rapid testing performed outside traditional laboratories and central laboratories.However,limitationsinresultaccuracy and equipment automationwere found inPOCT.In recent years,with the development of technology in fields of biology,chemistry,electronic informatics and industrial processing,POCT diagnostic products based on new detection technologies have springed up,which have paid a key role in clinical diagnosis and treatment,public health prevention and control,and general health management.It shows the extremely advantageous application value and broad application prospect.This summary aims to provide a systematic overview of the development and the new technologies of POCT,make a discussion and prospect of the application of traditional and new detection technologies in POCT.Key words point-of-care testing(POCT),traditional detection technology,new detection technology 即时检验（point-of-care testing,POCT）又称现场快检或床旁快检，美国国家临床生化科学院（national academy of clinical biochemistry,NACB）对 POCT 的定义是：医护人员或非专业人员在不经过专业培训的情况下进行的临床检验，即自我检测和监测。POCT是体外诊断（in vitro diagnostic,IVD）行业近年来发展最快的细分领域之一1。相较于传统实验室检测，POCT 具有操作简单、不依赖特殊环境或大型设备、检测速度快且结果准确等优点，可在患者床旁进行快速检测分析，辅助医生开展临床检验，缩短检测时间，达到快速诊断、早期治疗的目的。1 POCT 起源和发展 1.1 POCT 起源 1957 年，POCT 产品首次以干式化学试纸的形式出现，并被应用于人体内血糖及尿糖监测。随后 Ames 收稿日期：2023-02-24 作者简介：陈剑（1978-10-），男，汉，硕士研究生，工程师，研究方向：医疗器械检验技术及审评查验工作 6公PO化sta标经业起国层军等测妊及质疾心感血血妊肿肾1.式测速及光流发 6 公司将干式化OCT 应用的普化委员会（natandards,NCC标准化管理的经卫生部批准业委员会 POC起始的。2013GB/T 29790-国内 POCT 行如今，PO层医疗机构、个军事医学与灾难等领域得到了广测技术已拓展到妊娠类、肿瘤及医学影像、生质谱技术等3。表 1 病领域 心血管 心肌损伤心脏功能血小板功能凝血机制感染类 传染类 非传染类血糖类 血气类 妊娠类 肿瘤类 肾脏类 .2 POCT 发展早期的 PO式化学、胶体金测要求的提高和速度快、操作简及精确度要求也光、生物芯片、流控技术、磁敏发展并应用于临 化学试纸检测项普及和深入，tional commiCLS）在 1995AST2-P 文件准成立了中国CT 分委员会，年，国家标-2013 即时检业的规范应用OCT 产品因其个人和家庭自难救援、现场广泛应用2。到心血管、感类、肾脏类等生化分析、免。POCT 产品覆盖伤 心肌肌能 能与 制 艾滋病、梅毒、类 血糖pH、p甲胎蛋白、血清肌酐展趋势 OCT 产品主要金免疫层析、和技术迭代，简便、小巧便也越来越高，、电化学传感敏传感器技术临床，实现 P 项目扩大并商美国国家临ittee for clini5 年发表了用件。我国于 2医院协会临床正式宣告中标准委员会正式检验质量和能力用提供了依据其简便、快速检与健康管理场监督执法、临床诊疗方感染类、血糖等（表 1），其免疫学检测、盖的疾病领域和指标 肌钙蛋白、肌红蛋白BNP、NT-proBD-Dimer 病毒性肝炎、疟疾PCT、CRP、IL-糖仪、Hb-A1c、C-pCO2、pO2、K+、HCG、LN、FS癌胚抗原、前列腺酐、尿素、尿酸、尿要以定性检测酶联免疫等POCT 产品便携等特点，因此以免疫感技术、恒温术为核心的 POPOCT 从“定性 Modern Scie商品化。随着床实验室标准ical laborator用于指导 POC006 年 7 月，床检验管理专国 POCT 发展式发布并实施力的要求，为据。的优势，在基理、疫情防控食品安全监管面，POCT 检糖类、血气类其检测原理涉分子检测以及指标 白，CK-MB BNP 疾、流感、肺炎病毒-6 等-肽、INS Na+、Hct SH 腺特异性抗原等 尿转铁蛋白等 测为主，包括干等产品。随着检不仅要有检测对检测灵敏度疫荧光、化学发温扩增技术、微OCT 产品逐步性”到“定量”并 entific Instrum着准ry CT专展施为基控、管检、涉及等干检测度发微步并走向“检测技论述32 传统2.1 干干膜技术载体上液体介血浆、单纸。单一个项检测试要将多很大。多基上制多层涂匀，能层涂膜糖类、的监测成本较2.2 胶胶omatog来的免胶体金作为反促性腺ments “精准”的发展技术和新型检。统 POCT 检测干式化学分析干式化学分析术，其检测试剂上。使用时，样介质直接与干尿液等样品单层试纸技术单项试纸一般只项目，通常用于试纸能够同时多个项目集合 多层涂膜技术制成干片的检涂膜技术制成能够更好地满足膜技术的产品脂类、酶、电测，已成为急诊较高，在一定图 1.胶体金免疫层胶体金免疫层graphic assay,免疫胶体金和金作为示踪标反应载体的免腺激素（HCG Vol.展。下面分别检测技术在 PO测技术 析技术 析技术包含单剂的有效成分样本中的待测试剂进行反应的检测4。术包括单项检只能通过肉眼于血糖、血氨检测数项甚至在一起，因此术可将多种反检测产品（图的干片产品在足半定量检测被广泛开发并电解质、非蛋诊检测的重要程度限制了其多层涂膜技术原层析技术 析技术（coll,GICA）是 2和免疫层析结合志物，以 NC疫检测技术5）的检测，以40 No.4 Au别对具有代表OCT 研究和单层试纸技术分以固相形式测成分可通过应。适用于全血检测试纸和多项眼观察显色，氨和尿糖等检至数十项项目此较为复杂，应试剂依次涂1）。相对单在膜面上更加测需求。目前并应用于临床蛋白氮类及血要检测手段。其发展和应用原理示意图 loidal gold im20 世纪 80 年合的技术（图C 膜（硝酸纤5。最早用于以此作为早期ug.2023 表性的传统应用展开与多层涂式被固化在过样本中的血、血清、项检测试定性检测检测。多项目，因为需开发难度涂布在片层试纸，加平整、均前，基于多床蛋白质、血药浓度类但干片的用。mmunochr 年代发展起图 2），以纤维素膜）于人绒毛膜期怀孕的重第要粒被测用样金肉经器等品免巨等果限2.be相简泛类性法第 40 卷 第 4 期要依据。以双抗体夹粒与抗体通过静被制成胶体金垫测试线（T 线）用力下先后流经样品中含足够浓金抗体-抗原复肉眼可见的红线经 C 线处被二胶体金免疫器设备，具有操等优点，广泛应品安全检测等领免疫层析技术进巨大的作用。但等特性，需要果，胶体金免疫限制了该方法学.3 酶联免疫酶联免疫ent assay,EL相吸附结合的技简单、重复性好泛应用在梅毒抗类项目上。但该性或假阴性、无法学替代。2023 年 8 月 夹心检测抗原静电吸附形成垫。捕获抗体）和质控线经样品垫、胶浓度的分析物复合物在 T 线线，未结合抗二抗捕获，形成疫层析技术结操作简单、快应用于临床诊领域。如在新进行新冠抗原但是，由于胶要依靠大量聚集疫层析技术的学的发展。图 2.胶体金免疫吸附检测技吸附试验（eLISA）简称酶技术。由于其好、适配大批抗体、艾滋抗该技术也因检无法定量检测 陈剑 新原为例（图 2成稳定的胶体体和二抗分别（C 线）上。胶体金垫、T 线物时，结合了线处被捕获抗抗原的游离胶成肉眼可见的结果判读直观快速、时间短诊断、环境污新冠疫情期间原筛查，对疫胶体金粒子自集才能达到肉的灵敏度问题免疫层析原理图 技术 enzyme linke酶免，是一种其具有检测特批量样品检测抗体、乙肝抗检测操作复杂测等局限性，新型检测技术在2），胶体金颗体金标记物，并别固定在 NC 膜样品在毛细作线和 C 线，当分析物的胶体体结合可形成体金标记物流的红色质控线观，无需任何仪短、可现场筛查染检测以及食间，利用胶体金情防控起到了身不具有发光肉眼可见的效在一定程度上ed immunoso免疫酶法与固特异性强、操作测等优点，被广体等血液筛查杂、易造成假阳渐渐被其他方 在即时检测（PO颗并膜作当体成流线。仪查食金了光效上 r-固作广查阳方3 新型3.1 时时fluores基于荧检测技了新型免疫层上实现时长，斯为荧光的干扰低、灵技术相目前，断与肿3.2 化化immun疫反应和线性激素、析与检短反应临床科所。3.3 生生mechan诞生的应集成学信息分析人硅片，因芯片DNA cOCT）中的应用型 POCT 检测时间分辨免疫时间分辨免疫scence lateral 荧光标记技术技术6，在传统型荧光检测技层析技术，时间现了定量检测时间分辨荧光斯托克斯位移光标记物，同时扰。与普通荧光灵敏度更高、更相比，检测速该技术已广泛肿瘤标志物诊化学发光免疫化学发光免疫noassay,CLIA应，该技术具有性范围宽等优酶、脂肪酸、检验的常用技应时间，越来越科室、基层社区生物芯片技术生 物 芯 片 是nical system,的一种新兴技成在预设了试息在短时间和人员（图 3）。因制备过程类片（gene chip）chip 和 RNA c用 测技术 疫荧光层析技疫荧光层析flow immuno术和免疫层析统荧光免疫层术7。相比于间分辨免疫荧。光免疫层析技（Stokes shif时改进荧光检光免疫层析技更加稳定等优速度更快，获得泛应用于临床断等方面。疫分析技术 疫分析技术A）结合了化有灵敏度高、点，成为了抗、维生素和药术之一10。通越多的化学发区医院、胸痛术 微 电 加 工 技MEMS）充分术。该技术将剂成分的微型和空间间隔内生物芯片常类似计算机芯）是最为人熟chip 两种。常技术 析技术（timeoassay,TRF-L析技术发展起层析技术的基于灵敏度较低荧光层析技术技术采用了荧光ft）较大的镧检测技术避免技术相比其具优点，与常规得结果时间更床疾病诊断、术（chemilum化学发光检测特异性强、抗原、半抗原药物等多种物通过减小设备发光 POCT 设痛中心和疾控技 术（micr分发展下，于将样本前处理型固相载体上以电信号形式常用的固相载体芯片技术而得熟知的生物芯常见生物芯片7e-resolved LFIA）是来的免疫基础上采用低的胶体金术一定程度光寿命较镧系元素作免了激发光具有背景更规临床诊断更短8,9。传染病诊minescence 技术和免重复性好原、抗体、物质临床分备体积和缩设备应用到控中心等场ro electro 于上世纪末理与检测反上，可将化式传递给体是玻片/得名16。基芯片，包含片还有蛋白8质个实（片机微个验子已间18术境3.别效诊键间变 8 质芯片（prote图由于芯片个反应都集成于实验室（lab-on（Miniaturized片主要利用微机等技术，使样微型化。其具有个项目等优点验室，其体积小子，应用前景广已得到广泛应用间相互作用的8。相信随着科术开发的 POC境检测、应急检.4 生物传感生物传感别元件与合适的效的分析检测诊断从中心实键技术11。图生物传感器间的分子识别功变化等的微观 in chip）与细图 3 分子生物芯检测可以使包于一块芯片上n-chip,LOC）d Total Analys电子、微机械样品检测与分有灵敏度高、。此外，生物小、携带方便广阔。以蛋白用，包括生物的分析、质谱分科学技术的不CT 产品有望在检测等各个领感器技术 器技术是一种的信号转换材装置的检测技验室检测到家图 4 典型的生物器利用蛋白质功能，把被检观过程转变为 细胞芯片（cel芯片原理示意图1包含样本前处上，因此这块11或生物微sis System,-械、物理学、分析过程连续分析时间短物芯片还有助便、能同时检白质芯片为例物标志物的检分析以及药物不断发展，基在未来应用于领域。种将生物敏感材料结合制成技术（图 4）家庭 POCT 检物传感器原理图12质、酶、核酸检测物质的构可量化或可视 Modern Sciell chip）等。7 处理在内的整芯片也称芯片型全分析系统-TAS）。生物芯传感器、计算续化、集成化短、同时分析多于构建缩微实验多种生物分例，在研究领域检测、生物分子物靶标检测等于生物芯片技于健康检测、环感材料作为识成一种先进、高，是实现医学检测变革的关 2 等活性物质之构象变化、浓度视的电信号或 entific Instrum 整片统芯算、多实分域子等技环识高学关之度或光信号一般由类型主器等13生学、免用于体学的理极）和进行测（pept等。未蛋白质且高通3.5 磁磁发的生为巨磁19。国疫分析合，具技术优仍需考图3.6 等等同活性目的的理 中 的ments 号，从而达到由生化识别元主要包括电化3,14。生物传感器技免疫化学、电化体液物质的超理想模式。通过和光学生物传感测定；利用tide nucleic a未来，生物传感质、小分子和病通量的检测。磁敏生物传感磁敏生物传感生物传感技术磁阻（Giant M内目前少有基析仪20。磁敏具有灵敏度高优势。然而，考虑其高制造图 5 利用巨磁敏生等温扩增技术等温扩增技术性的酶和各自的技术。已知的的 一 种 或 几 Vol.检测蛋白质、件与信号转换学传感器、光术是一种结合化学等多学科微量分析，是过电化学技术感器技术对葡核酸生物传acid,PNA）进感器技术将有病原微生物等 感器技术 感器技术是基，目前用于磁Magneto Resis基于 GMR 自敏生物传感器、重复性强、要想真正实现成本的问题。生物传感器检测术 是指在恒定的自特异性引物的核酸等温扩几 中 结 合：40 No.4 Au核酸等分子换器组成。生光学传感器与合计算机技术科的先进检测是 POCT 场景术（如微型离葡萄糖、电解传感器技术对进行 RNA 定量有望实现对核酸等指标进行快于巨磁阻效应磁敏生物传感stance，GMR主研发的 m1器技术与微流检测项目多现该技术的广。测抗原的原理示意的温度下，通物来达到快速扩扩增，大多基重 组 酶 聚 合ug.2023 子的目的，生物传感器与免疫传感术、酶促化测技术，可景下检验医离子选择电解质和血气对肽核酸量检测15酸、多肽、快速、准确应原理开感器的主要R）传感器16 磁敏免控平台结等显著的广泛应用，意图21 通过添加不扩增核酸基于以下原合 酶 扩 增 第 40 卷 第 4 期 2023 年 8 月 陈剑 新型检测技术在即时检测（POCT）中的应用 9（recombinase polymerase amplification,RPA）、依赖核酸序列的扩增（nucleic acid sequence-based amplific-ation,NASBA）、滚环扩增（rolling circle amplification,RCA）、环介导的等温扩增（loop-mediated isothermal amplification,LAMP）以及交叉引物扩增（crossing priming amplification,CAP）等22。以聚合酶链式反应（PCR）为代表的传统核酸扩增过程，通过循环变性、退火和延伸三步对核酸进行扩增，要求扩增仪器能够精确升温、降温，因此延长扩增反应的时间。具有快速、高效、无需专用设备的优点，是分子 POCT 诊断设备的首选技术。以重组酶聚合酶扩增技术为例，它结合规律间隔成簇的短回文重复序列（Clustered Regularly Intersp-aced Short Palindromic Repeats，CRISPR）技术，被广泛应用于细菌、病毒与肿瘤检测。CRISPR 系统分为两大类六个亚型，其中 Cas12a 系统、Cas13a 系统、Cas14 系统结合目标基因后激活非特异性切割活性23。通过等温预扩增步骤增加的靶标与 gRNA 结合，激活 Cas 蛋白切割活性产生信号用于检测，从而提高其检测灵敏度24，并且减少由于副产物导致的假阳性，提高特异性。其中 Cas 蛋白可以切割具有不同信号基序（例如 FAM、亚甲蓝），与多种信号输出模式结合（图 5），如于侧流试纸分析或目视比色观察。重组酶聚合酶扩增技术结合 CRISPR 检测技术，使核酸扩增过程不需热循环设备，具有灵敏度高、特异性强等优点，应用前景广阔。图 6.几种信号输出模式 3.7 微流控技术 微流控（microfluidics）是一种能够实现微纳米空间内流体精确控制的新兴 POCT 技术。类似生物芯片，微流控技术也可以把医学分析过程中的样品制备、反应、分离和检测等步骤汇聚到一个几平方厘米的芯片上，自动完成分析全过程。因此，微流控技术也称为微流控芯片（microfluidic chip）技术。将复杂的检测过程微流控化，可以大幅减小设备体积、减少操作流程，有助于将中心实验室的大型设备甚至整个中心实验室集成到一台便携式仪器或者一块厘米级的芯片尚。如血细胞分析、酶联免疫吸附试验，血液气体和电解质分析等都可进行微流控芯片转化25。微流控技术与免疫学技术、生化检测技术、核酸扩增或杂交技术、细胞形态学技术和生物传感器技术等结合，可以实现对体内酶、蛋白、抗体、核酸、小分子激素或药物、微生物病原体等的精准而便捷的检测，其在 POCT 领域的应用前景极为可观26。图 7.典型微流控芯片检测示意图27 3.8 质谱仪 质谱仪是一种高精密要求的检测仪器，利用物质组成离子存在质荷比（m/e）差异的原理，将样本离子化后进行分离和检测，从而对物质的组成和结构进行定性检测。质谱仪具有很高的灵敏度和特异性，且分析范围广（包括气体、液体、固体），已被广泛应用于环境与安保领域，在临床领域也已受到广泛关注。质谱仪包含进样器、离子源、质量分析器、离子检测器、真空系统和数据处理系统等多个复杂结构；一般还需要与色谱仪等样本前处理系统进行联用28。其结构复杂、开发与生产难度大、成本高、操作复杂、体积大等局限性，严重限制了其临床应用。因此，小型化、普适化、低成本的质谱仪是临床质谱的重要发展方向。4 结语 在全民健康，精准医疗的大背景下29，随着社会 Modern Scientific Instruments Vol.40 No.4 Aug.2023 10 的进步、经济的发展以及人口素质的提高，POCT 诊断设备在性能上正向着更“快、精、集成”的高技术方向发展，在应用上向着“简单、便捷、个人健康管理”的个体化方向发展。但在实际临床检测中必须保证检测快速简便，且灵敏度高、准确性好，并实现高通量、低成本。本文总结一些新型检测技术在 POCT 中的应用及其取得显著的成效，但仍存在诸多挑战，未来POCT需多学科、多领域联合创新与改进检测技术，研发出商业化的便携、友好、准确、高精度、低成本的 POCT产品，引领 POCT 发展方向。未来，POCT 在临床诊疗、公共卫生防控及大健康管理中有着更广阔的应用前景，更好地为人类生命健康保驾护航30。参考文献 1 李萍萍,我国体外诊断产业现状及发展建议.检验医学与临床,2019.16(12):第 4 页.2 Paul Yager,G.J.D.,Point-of-Care Diagnostics for Global Health.Annu.Rev.Biomed.Eng,2008.107(10):p.44.3 Ping Wang,L.J.K.,Current and Emerging Trends in Point-of-Care Technology and Strategies for Clinical Validation and Implementation.Clinical Chemistry,2018.10(64):p.1439-1452.4 Wang,D.F.,Y.X.Sun and P.Y.Liu,APPLICATION OF URINARY DRYS CHEMICAL STRIP TO DETECTING DIRTY RESIDUE IN MEDCAL INSTRUMENTS AFTER CLEANING.Chinese Journal of Disinfection,2011.5 Jaenam,et al.,Multiplex detection of pathogens using an immunochromatographic assay strip.BioChip Journal,2010.6 Zhang,Q.,et al.,SARS-CoV-2 detection using quantum dot fluorescence immunochromatography combined with isother-mal amplification and CRISPR/Cas13a.Biosensors&Bioelec-tronics:The International Journal for the Professional Involved with Research,Technology and Applications of Biosensers and Related Devices,2022(202-):p.202.7 Halonen P,M.O.,Detection of viral antigens by time-resolved fluoroimmunoassay.Curr Top Microbiol Immunol,1983.104:p.133-146.8 SOH J H,C.H.,Strategies for developing sensitive and specific nanoparticle-based lateral flow assays as point-of-care diagnostic device.Nano Today,2020(30):p.100831.9 PAI N P,V.C.,Point-of-care testing for infectious diseases:diversity,complexity,and barriers in low-and middle-income countries.PLoS Med,2012.9(9):p.e1001306.10 Wei,G.W.,et al.,Progress on Chemiluminescence Immunoassay Technique and Its Application.Progress in Veterinary Medicine,2010.11 Joensson,et al.,Recent advances in lab-on-a-chip for biosensing applications.Biosensors&Bioelectronics:The International Journal for the Professional Involved with Research,Technology and Applications of Biosensers and Related Devices,2016.76:p.213-233.12 Mcnamara,K.,Nanoparticles in biomedical applications.Advances in Physics:X,2017(2):p.52-88.13 Alarie,T.V.A.M.,Immunosensors:Principles and Applications.ImmunoMethods,1993.14 Peter B.Luppa,C.M.L.,Point-of-care testing(POCT):Current techniques and future perspectives.Trends in Analytical Chemistry,2011.6(30):p.887-898.15 Meng Tian,M.Q.,Highly-sensitive graphene field effect transistor biosensor using PNA and DNA probes for RNA detection.Applied Surface Science,2020(527):p.146839.16 Zhen,N.X.,H.Y.Liu and S.Q.Xin,The Techmologyu of Biology chip and Industrialization.Journal of Changchun Teachers College,2002.17 Hassibi,A.,Multiplexed identification,quantification and genotyping of infectious agents using a semiconductor biochip.Nature Biotechnology,2018(36).18 Zhang,X.,et al.,Advance in Visual Biology Chip.Progress in Veterinary Medicine,2015.19 Sharma,A.,et al.,Chapter 15:Magnetoresistance-based Biosensors.2021.20 陈应婷,胡红艳与李远,M16 磁敏免疫分析仪检测性能评价.检验医学与临床,2019(6):第 4 页.21 Mani,V.,Magnetic particles in ultrasensitive biomarker protein measurements for cancer detection and monitoring.Expert opinion on medical diagnostics,2011(5):p.381-391.22 Islam,M.M.and D.Koirala,Toward a next-generation diagnostic tool:A review on emerging isothermal nucleic acid amplification techniques for the detection of SARS-CoV-2 and other infectious viruses.Analytica chimica acta,2022:p.1209.23 Gootenberg JS,A.O.,Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2.Science,2017.6336(356):p.438-442.24 FENG W,N.A.M.,CRISPR technology incorporating amplification strategies:molecular assays for nucleic acids,proteins,and small molecules.Chemical science,2021.13(12):p.4683-4698.25 Kumar,A.and U.Panda,Microfluidics-based devices and their role on point-of-care testing.Biosensor Based Advanced Cancer Diagnostics,2022:p.197-224.26 Jokerst,J.C.,The development of microfluidic devices for environmental and food quality analysis.2012,Colorado State University.27 KF,L.,Microfluidic systems for diagnostic applications:a review.J Lab Autom,2012.5(17):p.330-347.28 漆小平,邱广斌,崔景辉,医学检验仪器.北京:科学出版社,2014:326-335.29健康中国 2030规划纲要.中国肿瘤,2019.30 康可人,王华梁.即时检测的临床应用与未来展望J.中华检验医学杂志,2021,44(09):794-798.