用于病毒感染的微流控即时诊断传感器的最新进展

微流控芯片

这篇综述文章概述了微流控在即时（POC）诊断中的应用，重点关注病毒感染的快速诊断。引言定义了 POC 诊断，并强调了快速诊断病毒感染的重要性。讨论了微流体在诊断中的历史，以及与传统诊断技术的比较。介绍了微流控的原理和微流控器件的基本组件。讨论了微流控在诊断中的优缺点，包括快速诊断、低样本量要求以及与各种检测技术的集成。重点介绍了用于病毒感染的微流控诊断设备的例子，包括商业和基于研究的。还探讨了病毒感染的传感技术，以及该领域的最新发展。此外，还描述了微流体装置中使用的材料和制造技术。还讨论了材料和制造技术的最新进展。微流控诊断传感器开发中的挑战也得到了解决。

POC诊断旨在提高实验室检测的可及性和速度，增强治疗决策，并改善患者的治疗结果。然而，将这些设备与有效的管理系统集成对于它们对患者护理的影响至关重要。POC 测试计划的成功取决于特定测试、正在治疗的疾病和测试环境等因素。针对该领域挑战的拟议解决方案尚未得到广泛实施或评估，强调需要进一步研究以优化 POC 测试在患者护理中的使用。POC 诊断可快速获得结果，无需将样品送到实验室并减少等待时间。测试开始，医疗保健提供者或患者立即获得结果。虽然这样可以节省时间，但重要的是要优先考虑准确性和可靠性以及速度。

例如，呼吸道病毒作为初级保健和医院环境中上呼吸道和下呼吸道感染的主要原因或触发因素的重要性已引起人们的极大关注。这些感染对全球健康产生重大影响，导至相当大的发病率和死亡率。鉴于病毒性呼吸道感染的临床症状可能相似，通过实验室检测确认特定病原体的存在至关重要。传统的检测方法已得到显著改进，靶向抗病毒治疗的开发需要及时识别潜在的病毒病原体。随着技术的不断进步，预计 POC 诊断的性能将进一步提高。然而，需要来自精心设计的临床试验的进一步证据，以确定将 POC 诊断纳入急性呼吸系统疾病患者管理的临床和财务影响。

快速病毒感染诊断因其对患者管理、治疗结果和公共卫生的重大影响而具有极其重要的意义。及时准确地识别病毒感染具有多种重要目的。

首先，快速诊断允许早期干预和治疗开始。某些病毒感染，如流感或呼吸道合胞病毒，如果不及时诊断，会迅速进展并导至严重的并发症。快速诊断使医疗保健提供者能够及时给予适当的抗病毒药物或实施必要的支持性护理措施，从而降低并发症的风险并改善患者的预后。其次，快速诊断病毒感染在感染控制和预防中起着至关重要的作用。通过迅速识别感染者，医护人员可以及时实施隔离和检疫措施，从而最大限度地降低传播给他人的风险。这对于像SARS-CoV-2这样的高传染性病毒来说尤为重要，在这些病毒中，快速识别和隔离对于有效控制疫情至关重要。

第三，快速诊断优化了医疗机构的资源配置。通过及时识别病毒感染，医疗保健提供者可以优先考虑并将医院病床、个人防护设备和抗病毒药物等资源分配给有需要的人。这有助于简化资源利用率，尤其是在需求增加或爆发期间。此外，快速的病毒感染诊断有助于强有力的公共卫生监测。病毒感染的实时检测和报告使公共卫生当局能够监测疾病趋势，实施有针对性的预防措施，并制定适当的干预措施。这些最新数据有助于做出明智的决策、资源规划和有效的疫情管理策略。

微流体在诊断中的历史可以追溯到 1980 年代末和 1990 年代初，当时人们对流体系统小型化的兴趣日益浓厚。微纳加工技术的发展，包括光刻和软光刻，在创建微尺度通道和结构方面发挥了至关重要的作用。最初，微流控设备主要用于分析化学和化学合成。然而，研究人员很快认识到它们在诊断方面的巨大潜力。处理少量液体和在微通道内精确操作样品的能力为快速高效的诊断测试开辟了新的可能性。

微流控在诊断学历史上的一个重要里程碑是芯片实验室（LOC）平台的引入。在 1990 年代后期，George M. Whitesides 和 Stephen R. Quake 等研究人员展示了将样品制备、分离和检测等多种分析功能集成到单个微流控芯片上。这一概念通过为诊断分析提供紧凑便携的平台，彻底改变了该领域。

随着时间的推移，微流体技术已被广泛探索用于各种诊断应用，包括传染病检测、癌症诊断、遗传分析和 POC 检测。研究人员开发了利用不同检测原理的创新微流控设备和系统，例如核酸扩增技术、免疫测定、电化学传感和光学检测方法。微流控技术的进步也使得在单个微流控平台中集成了其他功能，例如样品预处理、细胞分选和单细胞分析。这些发展促进了高灵敏度和特异性的诊断分析，减少了样品量，缩短了分析时间，提高了准确性。微流体在诊断方面的进步得到了材料、制造技术、检测技术和系统集成的进步的支持。工程师、生物学家、化学家和临床医生之间的合作在将微流体诊断设备从研究实验室转化为商业应用方面发挥了至关重要的作用。

今天，微流控在诊断研究和开发中仍然是一个充满活力且快速发展的领域。目前的工作重点是解决与可扩展性、标准化和商业化相关的挑战，以进一步加强基于微流体的诊断在临床环境中的采用。微流控技术的不断发展在提高诊断能力、改善医疗保健结果和塑造个性化医疗的未来方面具有巨大的潜力。

在这篇综述中，我们讨论了微流控在POC诊断中的重要作用，传感技术对病毒感染的重要性，以及微流控器件材料和制造技术的进步。微流体的集成彻底改变了 POC 诊断，可以直接在患者所在地进行快速准确的测试。专为病毒感染设计的传感技术极大地改善了这些疾病的检测和管理。此外，新材料和制造技术的发展使得创造具有增强功能的复杂微流体设备成为可能。这些进步在改变 POC 诊断方面具有巨大潜力，为及时的疾病诊断和监测提供便携、用户友好且具有成本效益的解决方案。微流体、传感技术和创新制造方法的融合为医疗保健结果的重大进步和有效应对全球健康挑战铺平了道路。

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