2023年3月14日，中科院长春光机所李备研究员团队和中科院上海微系统与信息技术研究所冯世伦团队合作在《Analyst》期刊上发表了题为“A microfluidic immunosensor for automatic detection of carcinoembryonic antigen based on immunomagnetic separation and droplet array”的封面文章。本项研究工作中，上述双方课题组结合自身优势进行深度合作，将微流控技术与生物传感器技术相结合，开发设计新型的微流控生物传感器同时研发相应的配套设备应用于生物分子检测。

《Analyst》第148卷第9期

第1901-2190页

一、研究背景

近年来，由于癌症的高致死率以及低5年存活率，引起了社会广泛关注。研究人员发现，癌症标记物可以揭示癌症的发生以及发展，癌胚抗原作为一种广谱癌症标记物，在辅助癌症鉴别诊断、疾病监测和疗效评价中具有重要的临床价值。

微流控生物传感器技术相比于常规技术，拥有更低的检测限，并且检测的流程更加简便同时微流控生物传感器技术应用使得每次检测成本大大降低。

二、研究内容

首先设计了一种用于检测样本中CEA浓度的微流控免疫传感器芯片结合自动化工作平台实现CEA样品的检测，CEA的自动化检测流程工作时间约为80分钟。

图 1 微流控免疫传感器芯片

其次，对微流控芯片内部结构以及自动化工作平台参数进行优化，包括芯片内部流道宽度、自动化工作平台运行速度以及内部填充试剂优化，减少磁珠转移时残留的数量，提高样品中CEA转移效率。

图2 优化参数数据

最后，使用表面修饰捕获抗体的免疫磁珠对样品中的CEA进行富集，然后再结合表面修饰检测抗体的酶标聚苯乙烯微球，辣根过氧化物酶催化TMB发生颜色反应，通过分析液滴的颜色变化绘制标准曲线以定量分析CEA的浓度。同时选择了一些干扰因素对该芯片对CEA的特异性进行了分析。

图 3 样品检测标准曲线及芯片特异性分析

三、结论

为了简化CEA检测流程，我们设计了适用于免疫磁珠转移液滴阵列微流控芯片并且结合自动化的工作平台实现了CEA的浓度检测。为了提高样品中CEA的富集效率，我们对芯片内部结构进行了设计及优化，使用油相液封试剂，防止试剂泄露并且降低环境干扰因素以提高检测的可靠性。使用玻璃-PDMS结构芯片为基础，研究不同通道宽度以及磁场转移速度对磁珠转移效果的影响。使用自行合成的表面修饰检测抗体的酶标聚苯乙烯微球用来提高最终抗体-抗原反应后免疫磁珠-CEA-聚苯乙烯微球复合物中辣根过氧化物酶的含量，增强显色反应效果。最终检测结果遵循线性方程：y = -4.773ln(x) + 156.26（R2=0.9924），理论最低检测限为14.347 pg/mL。

总体而言，当前的工作具有巨大的进步潜力。本项工作中采用了自行合成酶标免疫聚苯乙烯微球的方法，最大程度上增加了单位体积内辣根过氧化物酶的浓度，以增强最终检测信号的强度。虽然80分钟的检测时间在POCT领域未具有明显优势，但是其中有60分钟用于两步抗原-抗体反应，该步骤仍具有进一步优化的空间。根据最终的验证研究，该方法确实可以从模拟样品中检测CEA的浓度。这对CEA的便捷检测具有重要意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D2AN01922A