综述：用于肿瘤源性外泌体检测的微流控芯片研究进展

凭借高通量的样品处理效率和快速准确的分析速度，微流控器件在液体活检领域得到广泛研究。基于此，近期，山东大学蒋妍彦课题组在Advanced Materials Technologies期刊上发表了题为“Microfluidic Chips Fabrication and Integration for Tumor-Derived Exosomes Detection”的综述性论文，基于肿瘤源性外泌体的检测应用，分别介绍了通道微流控、液滴微流控、水凝胶微流控和纸基微流控器件的微通道制造工艺、材料及与微流控有良好兼容性且具有临床应用潜力的分析方法。

图1 基于微流控器件在外泌体检测中的应用进展  

该综述首先回顾了目前的肿瘤源性外泌体生物标志物。外泌体携带母细胞指纹蛋白、调节肿瘤表达微环境的金属蛋白酶和调节受体细胞基因表达的microRNAs（miRNAs）等，并广泛分布于几乎所有体液中。研究表明，外泌体与肿瘤病理发展过程密切相关，并被认为是颇具潜力的生物标志物。研究认为肿瘤源性外泌体标志物主要包括蛋白质、核酸、脂质三类，该综述从生物发生和癌症诊断中的价值两方面分别对其展开介绍，并归纳其在检测应用中的特点。

在外泌体检测应用中，微流控器件通常设计为集微纳通道、反应室和分析模块为一体的集成装置。其中，上游微通道作为样品纯化富集的场所，具有微纳米尺度的复杂形状和较大的比表面积，因此其物理设计质量对器件分析性能有重要影响。鉴于此，该综述将微流控器件依据微通道物理设计分为通道微流控、液滴微流控、水凝胶微流控和纸基微流控四大类型，并分别概述在制造过程中采用的典型材料和制造工艺，以及各自在应用中的特点。

目前，通道微流控和液滴微流控凭借更成熟可控的流体操纵技术优势在该领域占主导地位。其中，通道微流控多采用无机材料结合光刻技术和3D打印技术，将微通道设计为具有特殊形状的凹槽通道，如图2所示。为更有效的利用微通道中流体层流特性进行非破坏性分选，有研究在凹槽内周期排列了具有不同形貌合尺寸的纳米柱，大大提高外泌体捕获效率。

图2 用于外泌体检测的通道微流控物理设计

 

图3 两种液滴微流控器件的几何结构  

此外，分析策略是实现外泌体检测的重点，然而其在微流控平台的集成除了考虑检测的有效性外还需考虑与上游微通道的兼容性。该综述从微流控集成的兼容性出发，分别总结了与四种微流控平台适配的分析模块，填补了该领域的空白。在四种微流控器件中，通道微流控可集成的分析模块类型最为广泛，其与荧光和拉曼等化学编码分析策略集成的研究较多。近年来，研究人员提出将荧光检测与即时检测（POCT）策略相结合的光学定量技术，该技术支持在智能终端设备上直接读出检测信号，具有便携、高效的优势，有望用于临床诊断。

图4 利用拉曼微流控芯片进行外泌体检测    

总体而言，微流控器件在外泌体检测领域的研究可关注以下几个方面：

（1）建立外泌体评价标准体系。考虑到外泌体的异质性，明确具体生物标志物的类型、测定的浓度阈值以及分析数据的标准化过程是必要的。

（2）提高微通道的加工精度。许多对单个外泌体的绝对定量分析方法需要结构合理的微通道的支持。因此，通过模拟流体运动状态设计微通道形状，开发高性能纳米材料（贵金属团簇、量子点和纳米酶）并将其与先进制造技术相结合以优化微通道设计，将有助于改善检测效果。

（3）开发更精确的分析模块。利用微流控高通量样品处理的优势，设计多重分析策略将提高检测的准确性。如外泌体的多种标志物同时检测策略或外泌体-肿瘤细胞联合检测策略等。

审核编辑：刘清