液态芯片技术液态芯片技术1.生物芯片概况生物芯片概况电子芯片和生物芯片被称为20世纪最伟大的两个发现。生物芯片是分子生物学和信息学的结晶。根据其基材的不同大致可分为玻璃片芯片、膜基芯片、硅基芯片、光纤芯片等。它们的共同的特点是在固态基材上极小的面积里合成或固定上许多核酸或蛋白探针，使芯片上的每个或几个点代表一个基因或蛋白。利用生物芯片，科学家们可以通过一个实验对成千上万的基因或蛋白指标进行分析。生物芯片已成为生命科学领域中非常重要的手段。但遗憾的是，这些芯片的致命弱点就是其信息质量的稳定性和可重复性比较差，操作也较繁琐。正因为如此，芯片临床应用受到了很大的限制。2美国Luminex公司开发的液态芯片系统克服了这个缺点，成为正在崛起的一种标准化的新一代生物芯片技术平台，既能为后基因组时代的科学研究提供强大的技术支持，又能作为高通量的新一代分子诊断技术平台在临床分子诊断领域大显身手。Luminex 1003.液态芯片简介液态芯片简介美国Luminex 公司开发出的液态芯片技术平台是一种全新概念的生物芯片。该技术的核心是把微小的乳胶颗粒（5.6um）用荧光染色的方法进行编码，每种颜色的微粒（或称为荧光编码微粒）代表一种检测标志物。应用时，把针对不同检测物的彩色编码微粒混合后再加入微量病人标本，在悬液中靶分子与微粒进行特异性地结合。最后用激光流式仪判定后由电脑以数据信息的形式记录下来。因为分子杂交或免疫反应是在悬浮溶液中进行，检测速度极快，而且可以一个微量液态反应体系中同时检测100个指标。Luminex公司称之为“xMap”技术，这个词用中文很难翻译。又因含微粒的溶液肉眼观是澄清透明的，所以又有liquidchip,液态芯片之称。该仪器在我国SFDA进口注册时被称为“多功能流式点阵仪”。4液态芯片技术平台应用非常广泛，编码微粒上可以包被蛋白也可以连接核酸，所以液态芯片既可以用来检测蛋白（蛋白芯片），也可以检测核酸变化（基因芯片）。51.液态芯片原理液态芯片原理q把微小的乳胶颗粒（Beads,微球）分别染成不同的（多达100种）荧光色。q把针对不同检测物的核酸（互补链）或蛋白（如抗原抗体）以共价方式结合到特定颜色的微球上。q应用时，先把针对不同检测物的、用不同颜色编码的微球混合，再加入被检测物（被测物可以是血清中的抗原、抗体、或酶等，也可以是PCR产物）。 在检测核酸检测抗原检测抗体6悬液中的微球与被检测物特异性地结合，并加上荧光标记。q检测：微球成单列通过两束激光，一束判定微球的颜色从而决定被测物的特异性（定性）；另一束测定微球上的荧光标记强度从而决定被测物的量（定量）。所得到的数据经电脑处理后可以直接用来判断结果。7液态芯片液态芯片机理图机理图8荧光编码微球荧光编码微球荧光编码微球荧光编码微球（5 5 5 5uMuMuMuM) ) ) )液态芯片核心技术及其机理液态芯片核心技术及其机理9两种荧光染料经过不同比两种荧光染料经过不同比例混合，可以将乳胶颗粒例混合，可以将乳胶颗粒染成上百中颜色。染成上百中颜色。10两种荧光染料经过不同比两种荧光染料经过不同比例混合，可以将乳胶颗粒例混合，可以将乳胶颗粒染成上百中颜色。染成上百中颜色。11用来检测核酸用来检测核酸( (DNADNA或或RNA)RNA)12混合针对不同生物靶混合针对不同生物靶点的（不同颜色的）点的（不同颜色的）乳胶颗粒乳胶颗粒液态芯片核心技术及其机理液态芯片核心技术及其机理应用13杂交信号的激光杂交信号的激光识别和定量分析识别和定量分析液态芯片核心技术及其机理液态芯片核心技术及其机理14液态芯片的技术液态芯片的技术每个颗粒都每个颗粒都每个颗粒都每个颗粒都是一个独立是一个独立是一个独立是一个独立的、特异性的、特异性的、特异性的、特异性的反应单位。的反应单位。的反应单位。的反应单位。针对不同针对不同针对不同针对不同临床临床临床临床指标的颗粒可指标的颗粒可指标的颗粒可指标的颗粒可以放在一个反以放在一个反以放在一个反以放在一个反应体系内应体系内应体系内应体系内。硬件和软件体硬件和软件体系具有区分上系具有区分上百种检测物的百种检测物的能力。能力。15.液态芯片优点液态芯片优点液态芯片的独特设计使得它拥有常规的检测方法所不具备的特点：高效：高效：因为许多颜色的乳胶颗粒可以放在同一个反应体系内，所以一次可同时检测多种（100种）生理病理指标。这与传统逐个检测的方式效率有很大的不同。高敏感：高敏感：每个乳胶微粒上都以共价结合的方式包被上许多抗原、抗体或核酸分子，因其参与反应的分子多，产生的信号就强。具Qiagen公司的报道，用该平台检测IL8时，其灵敏度为0.01pg，达到了非常惊人的水平。 快速快速：因为杂交或免疫反应在悬浮的液相中进行，所以反应需要时间短，杂交后常不用清洗就可以直接读数，所以检测效率大大高于固相杂交。所用时间从几小时缩短到十几16分钟。重复性好：重复性好：固相芯片不能很好地应用于临床诊断，其中一个重要的原因是其重复性差。它是固液杂交方式的芯片目前难以克服的技术障碍。但液态芯片杂交发生在均相的液体环境中，其结果稳定，重复性非常好。另外，每个指标在一个反应体系中有10005000颗相同的微粒。检测时，抽取其中的100500颗读数，最终的数据是取其均值，这样已经把误差减到最小。相比固相芯片每个指标只有12个数据，其数据的可靠性就会差很多。唯一被唯一被FDA批准用于临床诊断的生物芯片：批准用于临床诊断的生物芯片：具不完全统计，目前已有4家美国公司基于液态芯片技术平台的产品获得FDA的批准用于临床诊断。他们分别是Zeus Scientific公司开发的AtheNA Multi-Lyte芯片用于自身免疫病9种抗体检测，INOVA公司开发的也是应用于自身免疫病检测的液态芯片，OneLamda公司和Lifecode公司开发的HLA分型液态芯片。17液态芯片已经液态芯片已经FDAFDA批准应用于批准应用于临床诊断临床诊断 Zeus Scientific Receives 510(k) Clearance from FDA for in-Vitro AtheNA Multi-Lyte ANA test System Basded on LabMAP Technology. INOVA Diagnostics, Inc. Received 510(k) Approval from the FDA for their QUANTA Plex ENA profile 4 Immunoassay kit based on LabMAP TechnologyOne Lambda HLA typing (LABScreen )products have received approval for In Vitro Diagnostic Use. 18.液态芯片应用液态芯片应用 在液态芯片平台上可以开发许多产品，根据检测机理的不同，可大致分成两大类：q 蛋白芯片：基于的原理是抗原抗体的特异性相互作用，它所检测的目标物是蛋白；q 基因芯片：基于的原理是核酸分子杂交，它所检测的目标物是核酸。 国外目前有20余家公司正在研究基于液态芯片技术的产品，涉及的领域主要有：19细胞因子过敏源筛查自身免疫病肿瘤标志物内分泌和激素自身免疫病心血管疾病标志物组织分型激酶和磷酸化感染性疾病检测金属蛋白酶类20 艾芯艾芯精选精选9指标指标妇芯妇芯妇产科肿瘤妇产科肿瘤5指标指标消芯消芯 消化系统肿瘤消化系统肿瘤5指标指标肺芯肺芯肺癌肺癌4指标指标21艾芯艾芯 9个指标，20ul血清，一次测定涵盖中国人群高发肿瘤的85强调了对最高发肿瘤肺癌的指标选择采用液态芯片技术，高效，准确节约30以上的费用，节约50以上的时间 指标指标AFP CEA CA125NSECyfra21-1f-PSA t-PSA f-HCG CA24222艾芯艾芯 特色特色液芯多指标检测平台被国际上认可剔除了铁蛋白、HGH等指标新增最佳肺癌指标cyfra211，肺癌的检出率从50提高到90以上。指标指标AFP CEA CA125NSECyfra21-1f-PSA t-PSA f-HCG CA24223肺芯肺芯肺癌为国内发病率最高的肿瘤肺癌的辅助诊断4项组合欧洲肿瘤标志物组织（EGTM）推荐的肺癌黄金组合Cyfra21-1 是肺癌最佳指标，单指标检出率大于65。联合检测检出率提高到90 以上指标指标 CEA CA125NSECyfra21-124消芯消芯消化系统肿瘤占国内肿瘤发病率50以上针对肝癌、胆囊癌、胰腺癌、食道癌、胃结肠癌最精选的5个指标Cyfra21-1也是食道鳞癌的最敏感指标CEA和CA242是目前胃、结直肠癌的最佳指标组合。新一代的CA242比CA199在胰腺癌、胆囊癌和消化道癌中假阳性更少准确率从单指标的30-80提高到联合检测的75-95 指标指标 CEA CA125AFPCyfra21-1CA24225妇芯妇芯针对卵巢癌、宫颈癌、绒毛膜癌、乳腺癌、恶性寄胎瘤等设计CA125 是卵巢癌最佳指标，检出率大于75AFP是卵巢内胚窦瘤最好指标。Cyfra21-1在宫颈癌的检测中比SCCA更敏感。 指标指标 CEA CA125AFPCyfra21-1Free-beta HCG26.蛋白检测类液态芯片蛋白检测类液态芯片多肿瘤标志物联检液芯系列多肿瘤标志物联检液芯系列肿瘤标志物是由肿瘤细胞产生或者由机体对肿瘤反应而产生，可释放入血液等体液中，能够反映肿瘤的发生、发展的一类物质。肿瘤标志物检测广泛用于肿瘤的筛查、辅助诊断、疗效监测，在多种肿瘤的早期探测中具有重要价值。肿瘤标志物联检系列是以液态芯片为技术平台，参考了国际权威组织ASCO（美国临床肿瘤协会）和EGTM（欧洲肿瘤标志物协助组织）的相关标准，并结合了肿瘤标志物临床应用研究最新进展，研制而成的满足不同人群肿瘤检测需要液芯系列产品。27