马赛 胡蝶 高田林 胡薇

马 赛 ¹ 胡 蝶 ^2# 高田林 ³ 胡 薇 ^{3,4 *}

摘 要 快速、精准地发现传染病感染者和有效的早期控制是口岸输入性传染病防控的关键。微流控生物芯片技术以其高精度、快速响应、低成本和便携性，在传染病感染者的精准检测和降低传染病防控成本方面展现出巨大潜力。本文综述了微流控生物芯片技术的原理、应用现状及其在传染病检测中的优势，分析了其在提高检测效率和降低防控成本方面的作用，并探讨了未来的发展方向。

关键词 微流控；芯片技术；输入性；传染病；筛查

A Brief Discussion on the Application of Microfluidic Biochip Technology in Rapid Screening of Infectious Diseases at Ports of Entry

MA Sai ¹ HU Die ^2# GAO Tian-Lin ³ HU Wei ^3,4*

Abstract Rapid and accurate detection of infectious disease carriers and effective early control are crucial for the prevention and control of infectious diseases at ports of entry. Microfluidic biochip technology, with its high precision, rapid response, low cost, and portability, has shown great potential in the precise detection of infectious disease carriers and in reducing the cost of infectious disease control. This review summarizes the principles, current applications, and advantages of microfluidic biochip technology in the detection of infectious diseases, analyzes its role in improving detection efficiency and reducing control costs, and discusses future development directions.

Keywords microfluidic; chip technology; imported; infectious diseases; screening

基金项目：海关总署科研项目（2024HK099）；青岛市医药卫生科研指导项目（2022-WJZD230，2023-WJZD044）

第一作者：马赛（1978—），男，汉族，河北廊坊人，硕士，副主任医师，主要从事出入境传染病监测工作，E-mail: ma_sai@126.com

共同第一作者：胡蝶（2001—），女，汉族，山东济宁人，本科，研究方向为传染病防控，E-mail: 195343924@qq.com

通信作者：胡薇（1976—），女，汉族，山东济宁人，硕士，副主任医师，主要从事传染病防治、公共卫生研究工作，E-mail: pretty vivian@126.com

1. 青岛海关 青岛 266071

2. 南昌大学 南昌 330000

3. 青岛大学公共卫生学院 青岛 266071

4. 青岛市市南区疾病预防控制中心 青岛 266000

1. Qingdao Customs, Qingdao 266071

2. Nanchang University, Nanchang 330000

3. School of Public Health, Qingdao University, Qingdao 266071

4. Qingdao Shinan Municipal Center for Disease Control and Prevention, Qingdao 266000

2003年以来，国际社会先后经历了多次较大规模的全球性疫情的传播流行，如严重急性呼吸道综合征甲型H1N1流感、中东呼吸综合征、新型冠状病毒感染疫情^[1]、猴痘病毒感染等。各种新发、突发呼吸道传染病的发生和流行，给口岸卫生检疫部门带来巨大的防控压力^[2]。输入性感染者的及时发现和有效控制是防止疫情传入、切断疫情跨国传播的重要途径和关键节点。海关作为严守国门安全、严控外来传染病输入的第一道防线，如何快速、精准地在大批量入境人群中发现、确认、隔离输入性传染病病例，做好入境人员传染病防控工作成为海关筑牢口岸公共卫生安全防线的重要环节^[3]，也是海关需要高度关注并着力提升的核心能力。

世界各国主要以发热作为口岸传染病筛查的主要症状。在发现疑似患者后，采集其口咽拭子、鼻咽拭子以及尿液、粪便、血液等样本送至实验室进行传染病病原体的检测和确认，即“口岸采样+实验室送检”模式。这种模式为口岸传染病感染者的快速筛查提供了帮助。但是随着疫情的快速变化，以及各类传染病筛查检测技术的迅速发展，这种模式也出现一些问题。例如，可以引发发热症状的疾病种类较多，常规PCR方法需要对相应疾病逐一筛查，在“同一症状，多种可能疾病”的情况下，通常一种病原体的检测时长为2～4 h^[4]，针对同一症状可能对应的多种病原体，往往需要连续检测几十个小时，耗时耗力、成本高；口岸样本采集后需要向实验室送样，运输中存在出现生物安全问题的风险等。

目前，我国对于传染病的关注、检测和防控不再集中于某一种传染病，而是同时面对多种传染病的检测和防控，“多病同检”“多病同防”成为传染病防控的常规工作模式^[5]。对此，常规PCR方法已难以满足当前以及未来一段时间内传染病防控工作的需要，而“多种疾病，一步检测”成为必然趋势。

近年来，为了提高检测效能、节约检测时间、降低检测成本，世界各国都在不断研发即时检测（Point-of-Care Testing，POCT）方法^[6]。POCT方法具有不依赖实验室环境、可以现场检测、快速呈现检测结果的特点，在临床检验、传染病防控方面都有很好的发展前景。我国在这一方面也做了大量的探索和尝试。其中，海关系统积极探索在国境口岸对输入性病例实现快速筛查，“多病同检”更是成为卫生检疫工作的重要内容之一。基于国内外在POCT技术方面的研究进展，微流控生物芯片技术是当前较为适用于口岸现场多种传染病快速、同步筛查的一种实用方法^[7]。本文围绕微流控生物芯片技术在精准检测和降低成本等方面的作用进行分析，为疫情防控提供新的思路和方法。

1 微流控生物芯片技术概述

微流控生物芯片技术是一种在微米尺度下利用微沟道对流体进行操控的科学技术^[8]，是集生物学、化学、医学、电子、材料、机械等多学科交叉的先进科技，它将生物、化学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，形成“芯片实验室”^[9-11]。基于微流控芯片的检测技术，将样品提纯、扩增培养、分析检测等步骤集成在一个芯片上，具有功能集成化、高通量、低成本和简便性等特点^[12]，且具有很高的可靠性，从而实现快速、便捷、高质量检测，能够实现脱离严格实验室环境的现场检测和面向大批量人群、多种疾病的快速检测，有利于疫情期间开展大规模筛查^[13]。

2 微流控生物芯片技术在传染病检测中应用的优势

2.1 检测效率和精准度优势

微流控生物芯片技术可以应用于病毒核酸、抗体和抗原的快速、精准检测^[14]，可以实现在口岸现场对发热患者样本的快速筛查和多种疾病同步检测，无需将样本送至设在口岸外的实验室，减少了样本的运输时间，可以节约1～2 h，并避免样本在运输过程中可能发生的温度失控、容器破损、阳性样本泄漏等多种风险，对检测的准确性和生物安全性有更大的保障。另外，可以避免传统方法对同一样本可能对应疾病的逐一“串联”排查（如ELISA或PCR等）导致的耗时耗力问题。运用微流控生物芯片技术，采用“并联”方式一次性检测多种病原体核酸，一般30 min内即可获得检测结果^[15]。微流控芯片还可用于抗体检测，通过捕获和检测患者血清中的特异性抗体，对感染者的感染情况进行更为精准的判断，为疫情监测和诊断提供重要依据^[16]。

2.2 检测成本优势

传统检测方法对样本和试剂的需求量相对较高，而微流控芯片技术能够在微尺度下进行精确控制，极大减少了所需样本量和试剂消耗^[17]。此外，传统检测方法需要依赖严格的实验室环境，而微流控芯片检测技术不严格依赖实验室环境，降低了实验室建设的投入成本。目前市面上微流控芯片核酸分析相关设备费用与常规PCR设备价格接近，随着技术进步和规模发展，试剂耗材和仪器设备成本还将进一步降低。微流控生物芯片检测技术具备自动化和集成化设计，减少了检测过程中的人员数量需求，甚至在未来可能实现全程自动化检测，会进一步降低人力成本^[18]。

2.3 便携性与即时检测优势

微流控生物芯片技术极大减少了对实验室环境和条件的依赖，具有便携性和即时检测能力，使其能够快速地在一定范围内建设现场检测点，尤其适用于在偏远地区或紧急情况下进行快速检测。这种便携式检测设备还可以集成在智能手机或其他手持设备上，通过简单的操作即可获得检测结果。在国内，潘井宇等^[19]已经研发了一种微流控设备，可以与智能手机搭建诊断平台。这种即时检测设备能够低成本提升普通民众对传染病疫情的快速检出能力，减轻大范围人群集中采样检测所需的人员、时间、试剂耗材等成本。这种即时检测能力对于海关卫生检疫部门也具有非常重要的实用意义。现场POCT检测有助于海关在疫情早期发现口岸输入性感染者，第一时间采取隔离等控制措施，以最低的社会、经济、时间成本有效防止传染病输入和扩散。

3 微流控生物芯片技术的未来发展方向

微流控生物芯片技术自出现以来，一直备受国内外检验检测机构、技术人员、学者的高度关注，相关检测和分析技术得到持续的发展和应用，该项技术也顺应了世界各国对POCT技术的迫切需要。特别是微流控芯片具备的集成化、高通量、低成本和简便性等特点，对于疫情期间病原体核酸检测具有明显优势，能够成为病原体检测的有效技术手段。

随着微流控生物芯片技术的不断发展，其在各类传染病疫情检测中的应用前景还将更加广阔。例如，前面提到的口岸现场应用微流控生物芯片技术采取POCT方式快速检测入境人群的病原体、抗体，可以多通道、多样本、同步快速检测，实现入境人群即采即检以及当场检测、当场出具结果、当场医学处置；另外，当前微流控生物芯片技术尚未具备全自动化的检测能力，在一些关键步骤上仍需研究人员参与操作。未来，随着人工智能和大数据技术的发展，以及相关技术的成熟，微流控生物芯片将实现更加智能化的检测和数据分析功能，提供自主和准确的诊断^[20]，有可能进入家庭、社区自助检测的状态，在提升检测准确度的前提下全面降低社会面疫情防控成本。随着相关技术的完善，未来微流控生物芯片技术还将与其他先进材料技术和生物兼容性技术相结合，进一步提高检测的灵敏度和准确性。同时，研究人员还将探索微流控芯片在疫苗开发和药物筛选等方面的应用，为疫情防控提供更加全面的解决方案^[13]。

4 结语

微流控生物芯片技术在精准检测疫情感染者和降低疫情防控成本方面展现出巨大潜力。凭借精准检测、成本控制和便携性等方面的优势，微流控芯片为口岸输入性传染病防控提供了新的思路和方法。未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，微流控生物芯片技术将在突发公共卫生事件处置中发挥更加重要的作用^[21]。

参考文献

[1]张浩, 张恩鲤, 陈晓宁. 微流控芯片在新冠核酸检测中的应用[J]. 生命科学仪器, 2020, 18(8): 53-60.

[2]苏小建, 陶莉, 杨国平等.基于免疫学微流控芯片技术的呼吸道传染病快速检测设备研制[J]. 中国口岸科学技术, 2022,4(12); 62-67.

[3]王红, 杨玉, 王文娟,等.后疫情时代出入境人员传染病防控措施探讨——基于山西口岸出入境人员传染病监测分析[J].口岸卫生控制, 2023, 28(6); 25-31+39.

[4]苏小建, 陶莉, 杨国平,等. 基于免疫学微流控芯片技术的呼吸道传染病快速检测设备研制[J]. 中国口岸科学技术, 2022, 4(12): 62-67.

[5]鞠成飞, 李磊, 韩雪峰, 等. 新冠病毒感染乙类乙管后口岸多病同防现状的思考[J]. 口岸卫生控制, 2023, 28(3): 19-22.

[6]华文浩, 盛琳君, 王清涛. 感染性疾病诊断中POCT应用的进展[J]. 中华检验医学杂志, 2019, 42(5): 333-337.

[7]王瑞丽, 卢晓, 孙中杰, 等. POCT技术在传染病病原检测中的应用[J]. 军事医学, 2016, 40(1): 70-73.

[8]李海芳, 张倩云, 林金明. 近期微流控芯片疾病诊断技术的研究进展[J]. 色谱, 2011, 29(4): 284-292.

[9]任琴, 张星艳, 林寿文, 等. 基于微流控芯片技术的5种呼吸道病毒核酸快速荧光qPCR检测方法的建立[J]. 新发传染病电子杂志, 2020, 5(2): 95-99.

[10] Tang P, Wang X, Shen X, et al. Use of DNA microarray chips for the rapid detection of Mycobacterium tuberculosis resistance to rifampicin and isoniazid[J]. Experimental And Therapeutic Medicine, 2017, 13(5): 2332-2338.

[11] Sui W, Shi Z, Xue W, et al. Circular RNA and gene expression profiles in gastric cancer based on microarray chip technology[J]. Oncology Reports, 2017, 37(3): 1804-1814.

[12]张晓杰, 费洪新. 微流控芯片与基因诊断关系的研究进展[J]. 中国老年学杂志, 2019, 39(6): 1513-1516.

[13]陈润华, 戴永祺, 张建业, 等.基于微流控芯片的新型冠状病毒检测研究进展[J]. 材料导报, 2024, 38(12): 32-43.

[14]向钰洁, 马学军, 申辛欣. 免疫芯片检测技术应用研究进展[J]. 病毒学报, 2024, 40(4): 869-876.

[15]任琴, 张星艳, 杜寿文, 等. 基于微流控芯片技术的5种呼吸道病毒核酸快速检测方法的建立[J]. 新发传染病电子杂志, 2020. 5(2): 95-99.

[16]徐富强, 郭赤, 陆庆生. 微流控芯片技术在生命科学研究中的应用及发展[J]. 中国医学装备, 2013. 10(2): 45-47.

[17]陈福民, 李慧敏, 解艺, 等. 多重即时检测技术在传染病诊断中的研究进展[J]. 中华检验医学杂志, 2023, 46(9): 964-970.

[18]沈韧, 万谅, 贾艳伟. 微流控技术在临床检测中的应用[J]. 分子诊断与治疗杂志, 2018, 10(5): 289-294.

[19]潘井宇, 朱欣潮, 杨柯. 基于微流控芯片和智能手机的传染病现场快速检测技术研究[J]. 中国急救复苏与灾害医学杂志, 2020, 15(4): 483-486+495.

[20]杨晓君, 张梦琦, 任萌娜, 等. 基于微流控芯片的生物传感器发展现状与展望[J].电子与封装, 2022, 22(6): 86-99.

[21]陈福民, 李慧敏, 解艺, 等. 多重即时检测技术在传染病诊断中的研究进展[J]. 中华检验医学杂志, 2023, 46(9): 964-970.