项目来了丨滴血验癌？未来通过这个“芯片上的实验室”可以实现

合作读创的中科院深圳先进院

伊丽莎白•霍尔莫斯（Elizabeth Holmes）曾是硅谷最喜爱的创业故事主角。她19岁从斯坦福辍学，创立了血液检测公司Theranos，公司估值曾达90亿美元。

2014年，公司生产了血液检测仪器“爱迪生”（Edison Machine），只需要采集病人指尖的几滴血，就能在15分钟内检测出癌症和糖尿病等疾病。

△ Theranos采血后，再通过“爱迪生”对样本化验。视频来源：Theranos网站

产品面世后受到多方质疑――报告的数据不准确；机器仅能进行了15项血液测验，并非公司所宣称的240项；大量测验实际上都是由公司购买的西门子医疗设备进行检测的。

△ Theranos生产的血液检测仪器“爱迪生”，图片来源：Theranos网站

尽管故事结局不完美，“一滴血检验疾病”的大方向却是对的，这是目前国内外医疗界正在努力实现的事情。

近几年，陆续有公司尝试通过搭建“芯片上的实验室”（Lab-on-a-chip），让一块芯片上集成采集、检测、成像等功能，用于疾病诊断、药物开发和微观尺度生物研究。“一滴血检验疾病”正在成为现实。

△ 图片来自：TechPunk

芯片上的实验室像一个微观诊所

每次到医院体检，我们都要把时间浪费在排队上。验血取号排个队，等待叫号排个队，好不容易抽完血了，等待检验报告还要几个小时。于是，验个血就用了一天。

微流控芯片就是来拯救我们的。具体到验血这个场景来说，未来几年里，我们到医院去的时候，也许会发现检验科多了些类似共享充电宝的机器，如果你想抽血，只需要用到一张SIM卡那么大的芯片，把指尖的血液滴到芯片上，再把芯片塞回机器里，就能在手机上等待你的验血报告了。再远一点的未来，芯片就能完成所有的采集、检测、成像、分析数据、传递报告的功能，连机器都不需要了，我们甚至在家中就可以完成验血。

△ 视频来源：Theranos网站

“微流控芯片”又被称为“芯片上的实验室”，而体外诊断是微流控芯片的主要应用场景之一。血液、尿液、唾液等体液都是可检测的对象。

曾在欧洲微电子研究中心参与“全血快速检测芯片”项目的杨慧博士告诉记者，在项目的设计里，这样一块微流控芯片可以短时间内检查血常规、对血清进行免疫检测、生化检测、与病毒检查。

“血常规检验的是血液的细胞部分，通过对红血球、白血球和血小板进行观测与计数，能够帮助医生判断疾病种类；免疫检测能够确定病人是细菌还是病毒感染，是否需要使用抗生素；生化检测能够帮助确定肝脏与肾脏疾病；病毒检查能够确定病毒的种类并检测严重程度，再有针对性的用药。”

据悉，目前芯片还在研发中，第一代原型机预计出现在18年底到19年中。

△ 全血检测集成芯片项目的部分媒体报道

除了血液检测这个场景，微流控芯片也可通过可穿戴设备监测身体状况，比如在运动时，监测身体是否低血糖或电解质失衡。人在运动时感到不舒服，往往距离身体已经发生状况有一段时间了，微流控芯片能做的不单是情况发生后的检测，而是及时发出警报，变成身体状况监测的工具。这与微流控技术本身的特点息息相关。

△ 我们可以从血液检测得出的指标中了解身体状况，图片来源：网络

芯片上的实验室是怎么构建起来的

“微流控”三个字就代表了这个技术的特点――芯片上处理的是非常微小的样品量，因为样品量小，所以能更快地获得检测结果；处理的样品是流体，而绝大部分的细胞和生物分子都存在于流体环境里；器件结构小，方便了对样本的精准控制，降低了制造成本。

杨慧用图向记者介绍了“芯片实验室”的工作原理。

芯片内设置了不同的可供流体通行的通道（浅蓝色部分），当需要检测的物质流过某一区域时，受到光的照射（深蓝色部分），这些物质可以自己发出荧光（绿色部分），这些荧光可以通过光学相机等传感器（黑色部分）进行读取，从而得知流体通道中需要检测的物质的种类与含量。

杨慧提到，在检测不同生化指标的时候，所使用到的技术手段是不一样的，将几种技术搭建在一块芯片上是一项复杂程度非常高的工作。

△ 芯片上的实验室，图片来源：Twente

据她介绍，目前微流控芯片主要用于样品的采集、运输与标记等过程，而检测中得到的光学或电学信号被仪器读取的过程，还需要在芯片外进行。也就是说，目前绝大部分厂家在开发的是“微流控芯片+小型化外围设备”这一套产品。

“这是过度到完全芯片上集成所有检验检测功能的中间阶段，我觉得这也是对于现阶段来讲一个更为合理的选择。”在杨慧看来，除了技术融合难度大这个原因，也有现实环境的原因。

“芯片+小型机器的组合也有优势，至少从病人的角度来讲，不用再等排队叫号，自己就可以完成采样这个工作，适合用于医院门诊或是社区医院或者是没有中央实验室的诊疗机构。这样也减缓了大型医院检验科的处理量，可以降低大量的人力和仪器成本。”

“微流控”还能做什么？

上面提到的血液检查和可穿戴式身体情况监测的应用场景，只是微流控技术应用其中的一部分，利用这项技术，还可以对癌症致病机理做进一步的探索。这也是杨慧当前研究的其中一个方向。

杨慧博士在欧洲的八年期间，从事微流控与生物医学微系统的相关前沿研究。她去年10月回国，现在在中科院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所做“生物医学微系统与纳米器件”的研究，致力于微流控技术在生物医学上的应用研究，包括三个方向：一是低成本疾病诊断技术；二是生物单分子检测与成像技术；三是肿瘤免疫反应和免疫治疗的生物学机理研究。

那么，“滴血验癌”是否能成为现实？杨慧认为，“目前一滴血验癌还没有技术能实现，而通过一管血验癌也并不能用来精确地诊断所有的癌症，还需要综合采用多种诊断方法才能确诊。但通过微量的样本来检测一个比较危重的病症，这确实是科学家不断致力研究的方向，这也是微流控技术未来的落地趋势。”