一个样本进,多个结果出:多重检测怎么多重?

2021
03/15

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目前市面上的诊断产品(包括生化、免疫、核酸、细胞等平台)有多种方式可以实现多重检测的目的。笔者梳理如下,不足之处请大家探讨。

作者:Wilson,发文24小时候方可转载
 
多重(multiplex)强调的是并行,即对同一个样本的多种指标(信号)同时检测。从结果看就是“一个样本进,多个结果出”,从而可以更高效的获取更多的信息。无论是临床(诊断)还是科研(组学),对样本的精准的多重的研究一直是矢志不渝的追求目标。

目前市面上的诊断产品(包括生化、免疫、核酸、细胞等平台)有多种方式可以实现多重检测的目的。笔者梳理如下,不足之处请大家探讨。

第一种,对样本进行合适的分配,即在不同的“容器”里处理检测需要的样本。 大到流水线的分杯,小到并联或串联的胶体金卡条,乃至蛋白芯片、核酸芯片,都是基于这样的思路。例如,安图生物的呼吸道九联检或者万孚生物的术前四项卡。网红了多年的技术“微流控”也有不少基于这样的思路,通过微加工工艺在各种基片上,加工出微米至亚毫米的流体通道、反应或检测腔室、过滤器或者传感器等各种微结构单元,在这些管道或者腔室完成提取、扩增、萃取、标记、分离、分析或者培养、处理、分选、裂解、分离等各种功能。

这种分配样本的思路其优劣比较明显,对加工工艺和检测技术有硬核要求。

                                                               

万孚生物术前四项并联卡
(低阶版)
Abaix圆盘式微流控
(进阶版)
Bio-rad数字PCR微滴
(高阶版)
 
第二种,对标记物进行改进或处理,获得有在光电信号上有区分度的量子点、微球、染料、磁条等来实现“多重”标记,而对于每一重测试本身仍是用传统的办法(如基于抗原抗体的特异性等)。 例如量子点技术。量子点的一个典型特征是,其自身的发射光谱随量子点的尺寸不同而不同。理论上用不同尺寸的量子点来标记不同的抗体,而每种抗体检测对应的抗原,通过对获得的光谱的处理,可以区分血液或者组织中的不同检测目标物。由于其多色、波谱窄、生物相容性较好,具备替代染料用于PCR的多色检测的潜力。

在多重检测领域,有一个绕不开的王者,即Luminex的液相芯片技术,整合了荧光编码微球、激光检测、应用流体学、新的高速数字信号和计算机运算法则等多项技术。通过控制两种染料的比例,获得了100种不同颜色的均质微球(最新技术已实现500重),即可同时检测多达100种分析物(并且可支持96/384孔板高通量检测), 客户可根据可选的分析物种类进行自由组合搭配。

类似的一个技术是Applied Biocode公司的编码磁条技术。数码磁珠是将顺磁性材料掺入具有生物兼容性的高分子聚合物内,通过光刻法将12位二进制的数字条码刻到磁珠上,通过这种工艺可以制备得到4096种不同编码的数码磁珠。国内的丽珠诊断在2020年基于此技术推出了用于抗核抗体、肌炎等自免疾病检测的设备。

值得注意的是无论是编码微球还是编码磁条,都可以应用于蛋白和核酸两类物质的检测,使得我们不禁畅想会不会出现基于此类技术的超多重PCR,从而在商业上成为核酸质谱或者mNGS的有力竞争?

博晖创新的量子免疫荧光
Luminex编码荧光微球
Applied Biocode编码磁条
 
第三种多重检测,可以归纳为检测方式引入的多重,流式细胞仪是个典型的代表。 它可以同时测量前向散射光、侧向散射光以及经染色实现的荧光(理论上荧光染料种类越多,可以实现的“重数”也越大)。目前业内对荧光的测定已经可以做到5激光40色,但其设备的复杂性和高成本是显而易见的。通过光谱流式或者质谱流式技术,对流式细胞的“重数”限定有了更强的突破,可以解决如此多种染料混合导致的无法识别问题,从而为个性化医疗背景下血液学、免疫学、肿瘤学等提供单细胞水平的更快、更精、更广的组学信息。
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关键词:
检测,编码,核酸,技术,抗体

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