盧志凱，龐雅璇，文 軍，黃海水，馬 超，孫偉娜（樂凱醫(yī)療科技有限公司 河北 保定 071054）

0 引言

體外診斷領(lǐng)域存在眾多的檢測(cè)方法，其中三甲醫(yī)院的檢驗(yàn)科室針對(duì)肝功、腎功等常規(guī)生化項(xiàng)目開展的檢查所需要用到的分析方法主要是濕化學(xué)法，即溶液化學(xué)法，其次是干化學(xué)法，干化學(xué)法是從檢測(cè)原理和檢測(cè)介質(zhì)上相區(qū)別于傳統(tǒng)濕化學(xué)法而言的[1]。濕化學(xué)法分析比較適合大量標(biāo)本同時(shí)檢測(cè)時(shí)使用，干化學(xué)法分析相對(duì)而言則更加適合急診和基層醫(yī)院社區(qū)等一次檢測(cè)的標(biāo)本數(shù)有限，不定時(shí)、不定量標(biāo)本的應(yīng)用場(chǎng)景使用，這些場(chǎng)所一般要求診斷速度快、診斷價(jià)格低、診斷儀器小等，本文主要就干化學(xué)法技術(shù)進(jìn)行介紹。

它的反應(yīng)原理是將某項(xiàng)生化指標(biāo)測(cè)定所需要的特定試劑成分固化在某些特定結(jié)構(gòu)的試劑載體上，根據(jù)檢測(cè)的需要，當(dāng)把待測(cè)液體樣品（可以是血清、血漿、全血、尿液、腦脊液等）加到試劑載體上時(shí)，樣品中的水就作為反應(yīng)溶劑將試劑溶解然后發(fā)生生化反應(yīng)。干化學(xué)法不是最近幾年才興起的檢測(cè)方法，早在20 世紀(jì)80 年代中旬就有企業(yè)對(duì)干化學(xué)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究和探索，其中研究最早的是感光行業(yè)龍頭老大柯達(dá)，柯達(dá)1980 年左右開發(fā)出體外診斷用干化學(xué)試劑片，可以高度定量地對(duì)某些生化項(xiàng)目進(jìn)行分析，分析精度可與濕化學(xué)法相媲美，現(xiàn)在該公司的技術(shù)已經(jīng)被收購到奧森多公司[2]。不同于常規(guī)的濕化學(xué)法檢測(cè)原理，這類檢測(cè)介質(zhì)只需要檢測(cè)時(shí)在上面滴加定量的待測(cè)液體樣品，進(jìn)而通過測(cè)定檢測(cè)介質(zhì)反面的反射密度即可得到分析結(jié)果。

干化學(xué)技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)[3-4]。第一，不需要供排水設(shè)備，因此不需要準(zhǔn)備生化分析用的液體水和處理相應(yīng)產(chǎn)生的廢液等問題；第二，檢測(cè)速度快，根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目不同，一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目只需要2 ～6 min 左右；第三，不需要經(jīng)常校正，儀器的校正周期長(zhǎng)，校正一次可穩(wěn)定測(cè)試半年，且可全天候24h 開機(jī)使用，只需要有穩(wěn)定的電源供應(yīng)即可，這個(gè)特點(diǎn)使其特別適合于急診和戶外診斷急救使用；第四，標(biāo)本用量少，只需要數(shù)10 μL 左右即可進(jìn)行多項(xiàng)檢測(cè)，這就很適合于新生兒等特殊人群采血困難的情況下使用；第五，標(biāo)本不需要提前預(yù)處理，多層膜技術(shù)最上面的擴(kuò)散/過濾膜可根據(jù)測(cè)定需要選擇性過濾或者預(yù)先反應(yīng)掉某些不需要的物質(zhì)，從而減少測(cè)定過程中的干擾。

鑒于干化學(xué)技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外很多大型三甲醫(yī)院的急診科室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了干化學(xué)技術(shù)替代，隨著檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，臨床檢驗(yàn)科室也都有了它的身影。根據(jù)調(diào)研顯示，強(qiáng)生公司的市場(chǎng)份額占比最大[5]，它們公司生產(chǎn)的干式生化分析多層膜片包括了近百余項(xiàng)生物化學(xué)分析項(xiàng)目，其中涵蓋了常規(guī)的生化檢驗(yàn)項(xiàng)目、電解質(zhì)離子、免疫項(xiàng)目及毒物藥物檢測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。

1 基本結(jié)構(gòu)

干化學(xué)技術(shù)的歷史起源久遠(yuǎn)，早在20 世紀(jì)80 年代中旬，美國(guó)的伊士曼-柯達(dá)公司就開展了此項(xiàng)體外診斷技術(shù)研究，他們創(chuàng)新性地將涂布技術(shù)與生化反應(yīng)技術(shù)相結(jié)合起來，陸續(xù)開始并生產(chǎn)了臨床檢測(cè)的多種干式生化分析多層膜片項(xiàng)目并推向市場(chǎng)，整體的基本結(jié)構(gòu)根植于感光膠片的多層膜涂布技術(shù)，并利用了涂層技術(shù)的獨(dú)特性和多變性，實(shí)現(xiàn)了臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生化分析技術(shù)的重大突破，根據(jù)生化分析項(xiàng)目的需要可將干式生化分析多層膜片的結(jié)構(gòu)分為如下4 種功能涂層，其具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1 所示。

1.1 擴(kuò)散層

擴(kuò)散層，也叫展開層、鋪展層，是一層親水性的各向同性的多孔聚合物結(jié)構(gòu)，其具體組成要根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的需求來決定。該層結(jié)構(gòu)的厚度一般在150 ～300 μm 之間，孔徑一般在1.5 ～30.0 μm，其整體的中空體積可占到60%～90%左右，結(jié)構(gòu)整體是由醋酸纖維素骨架構(gòu)成，這種類似海綿狀的多孔狀微觀三維結(jié)構(gòu)可使得待測(cè)液體樣品在遇到擴(kuò)散層后瞬間快速、均勻地向周圍擴(kuò)散、向下層滲透。

擴(kuò)散層有兩個(gè)最核心的功能：第一個(gè)是起到均勻分布標(biāo)本的作用，即計(jì)量作用，使單位面積上能夠均勻分布等體積的液體，也即實(shí)現(xiàn)標(biāo)本從滴加時(shí)到檢測(cè)時(shí)的濃度維持一致；另一個(gè)是提供反射特定的背景作用，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能就需要使用底色為白色的顏料作為填充劑，以保證反應(yīng)后測(cè)定光路不受干擾，其中二氧化鈦、硫酸鋇等顏料作為安全無毒、高百度、惰性、便宜的白色填充劑被廣泛使用，也可以根據(jù)需要選擇使用有機(jī)玻璃微珠、硅藻土、氧化鋅等。除了上述兩個(gè)核心功能以外，擴(kuò)散層還具有過濾的作用，擴(kuò)散膜的孔徑基本分布在1.5 ～30 μm 之間，紅細(xì)胞的直徑大概是8 ～9 μm，這就可以保證比紅細(xì)胞大得多的大蛋白分子、膽紅素等這些常見的干擾物質(zhì)被滯留在這層骨架當(dāng)中，不進(jìn)入下面功能層，所以擴(kuò)散層在這種情況之下可以過濾大分子干擾物質(zhì)，它相當(dāng)于一個(gè)選擇性過濾分子篩。最后，有些檢測(cè)項(xiàng)目需要在擴(kuò)散層中加入某些試劑，預(yù)先與待測(cè)樣品中的待測(cè)物質(zhì)反應(yīng)以改變其組成，并生成我們希望的成分、進(jìn)入試劑層，進(jìn)而形成顯色反應(yīng)，這是擴(kuò)散層的標(biāo)本預(yù)處理作用。

1.2 試劑層

試劑層主要是由親水聚合物作為基質(zhì)物質(zhì)，根據(jù)需要向其中加入反應(yīng)所需的化學(xué)試劑、酶、穩(wěn)定劑、保護(hù)劑、螯合劑、緩沖液、表面活性助劑等組分以形成生化反應(yīng)所需的基礎(chǔ)物質(zhì)和環(huán)境等。其中的親水聚合物主要采用明膠的原因是由于其具有生物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、生物相容性好、吸水溶脹、原材料易得等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)待測(cè)樣本接觸到擴(kuò)散層后，待測(cè)物質(zhì)往下傳遞至試劑層后涂層開始吸水溶脹，使得待測(cè)樣本更充分地分布和反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)原理和測(cè)定需要，試劑層可以是一層也可以是兩層或者多層，分層涂布干燥或同時(shí)涂布干燥均可。

1.3 指示劑層

指示劑層的功能就是顯色，指示劑層包含特定結(jié)構(gòu)的無色或有色染料前體，當(dāng)待測(cè)物到達(dá)該層時(shí)，染料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，生成顯色復(fù)合物，顯色深度與待測(cè)樣品中的待測(cè)物濃度成正比例關(guān)系。

1.4 支持體層

支持體層可以是多種聚合物材質(zhì)，其中最常用到的就是既具有良好機(jī)械性能，穩(wěn)定性又好的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般是選取具有高透光率的PET 片基，根據(jù)需要可帶有底層或其他基礎(chǔ)涂層。

不同于濕化學(xué)法的顯色檢測(cè)原理，干式生化分析多層膜片的測(cè)定原理是反射光度法，測(cè)定遵循更復(fù)雜的Williams -Clapper定律計(jì)算。光線從加樣端的反面發(fā)出，透過支持體層到達(dá)擴(kuò)散層底部被白色背景反射后再透過指示劑層最終返回光檢測(cè)器，反射光度法檢測(cè)的原理避免了待測(cè)液體樣品中的有色雜質(zhì)、固體物等干擾物質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)構(gòu)的干擾，從而保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 研究進(jìn)展

干式生化分析多層膜片的準(zhǔn)確性好、使用簡(jiǎn)便，且急診、常規(guī)項(xiàng)目檢測(cè)兼顧，適用場(chǎng)合多，檢測(cè)速度快，引起了國(guó)內(nèi)許多專家學(xué)者和企業(yè)院所的興趣，近些年陸續(xù)有一些企業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)干式生化分析多層膜片開展了相關(guān)研究和試驗(yàn)，為打破國(guó)際壟斷和國(guó)產(chǎn)化替代道路打開了一扇門，更加快了中國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的步伐。

2014 年，長(zhǎng)春理工大學(xué)劉丹等[6]通過系統(tǒng)篩選，尋找到了適合的高分子膜材料并進(jìn)一步利用此種材料研制了測(cè)定總蛋白、白蛋白、血紅蛋白的干片，通過測(cè)定其反射光相對(duì)強(qiáng)度建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線并進(jìn)行了方法學(xué)評(píng)價(jià)，證實(shí)了其方法與濕化學(xué)法相關(guān)性良好。2015 年，長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊惠宇、張昊、徐美玲等人制備了可以用來測(cè)定二氧化碳結(jié)合力、血糖和尿酸的干式生化分析多層膜片，并對(duì)試驗(yàn)干片進(jìn)行了方法學(xué)比較，證實(shí)了其可應(yīng)用于臨床檢測(cè)。2017 年，長(zhǎng)春理工大學(xué)王曉剛等[7]通過系統(tǒng)研究，選取出優(yōu)良的高分子膜材料作為試劑層基材，并通過應(yīng)用建立了對(duì)臨床血脂四項(xiàng)濃度的干式生化分析方法，采用噴涂與凍干技術(shù)分別制備了相應(yīng)的試驗(yàn)干片，應(yīng)用分析方法對(duì)試驗(yàn)干片進(jìn)行了評(píng)價(jià)，證實(shí)了其符合臨床檢驗(yàn)的要求。

2018 年，廣東萬孚生物技術(shù)股份有限公司申請(qǐng)一篇名為“用于制作α-羥丁酸脫氫酶測(cè)定用干化學(xué)試紙的反應(yīng)液及干化學(xué)試紙”發(fā)明專利[9]，其中擴(kuò)散層材質(zhì)采用網(wǎng)布、無紡布等材質(zhì)，試劑層和顯色層也分別單獨(dú)采用玻璃纖維和合成膜單獨(dú)涂布后最后組裝，通過反射分光光度計(jì)測(cè)定，此種干化學(xué)試紙的成功制作解決了液體試劑保存時(shí)間短的問題。

2019 年，西北大學(xué)郭曉燕等[8]對(duì)干式生化分析多層膜片的擴(kuò)散層膜進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)并可控合成了粒徑均一的二氧化鈦、硫酸鋇微球，并進(jìn)一步構(gòu)建了以上述無機(jī)微球?yàn)橹?，添加少量粘合劑的多功能擴(kuò)散膜，對(duì)擴(kuò)散膜的血清擴(kuò)散均勻性進(jìn)行了考察和驗(yàn)證。通過應(yīng)用到血糖測(cè)試項(xiàng)目上，驗(yàn)證了擴(kuò)散膜的應(yīng)用效果。

2019 年，無錫錦帛誠醫(yī)療器械科技有限公司申請(qǐng)一篇名為“一種用于體外生化診斷的干化學(xué)法多層膜試劑”發(fā)明專利[10]，專利采用原柯達(dá)公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也即醋酸纖維素骨架-二氧化鈦粉體結(jié)構(gòu)作為擴(kuò)散層涂覆在試劑層上，試劑層采用明膠作為水溶性基質(zhì)材料將化學(xué)試劑和酶、助劑等材料溶解后涂布，用以測(cè)定生化診斷項(xiàng)目，但其實(shí)用效果并未驗(yàn)證。

2019 年，徐詹程的一篇名為“一種多層膜干化學(xué)試劑片的制作方法”發(fā)明專利[11]，其中采用噴槍噴涂的方法將指示劑層、試劑層和擴(kuò)散層各層物料按照順序依次涂布在具有導(dǎo)電性的支持體層上，開創(chuàng)了一種新型的干式生化分析多層膜片的制作方法。

3 未來展望

3.1 干式生化分析多層膜片的應(yīng)用方向

在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上，習(xí)總書記強(qiáng)調(diào)指出，“高端醫(yī)療設(shè)備主要依賴進(jìn)口，成為看病貴的主要原因之一?！币虼?，很有必要提升我國(guó)醫(yī)療器械的自主創(chuàng)新能力，推動(dòng)關(guān)鍵核心領(lǐng)域、核心試劑國(guó)產(chǎn)化，給干化學(xué)技術(shù)的發(fā)展注入了強(qiáng)有力的動(dòng)力；并且隨著分級(jí)診療制度的實(shí)施，將出現(xiàn)患者向下分流，基層醫(yī)院就診人數(shù)增多，三甲醫(yī)院就診人數(shù)降低的趨勢(shì)，干化學(xué)技術(shù)由此就可以應(yīng)運(yùn)而生占據(jù)急診科和部分專門科室；隨著人口老齡化和慢性病的年輕化，簡(jiǎn)便快捷的干化學(xué)檢測(cè)技術(shù)及配套的檢測(cè)產(chǎn)品將越來越被人們所熟知并進(jìn)入基層診所、體檢機(jī)構(gòu)和千家萬戶中。

臨床急診和疾病預(yù)防健康管理是干化學(xué)技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用方面，除此以外，2020 年開始爆發(fā)的新型冠狀病毒也對(duì)進(jìn)出口檢疫和違禁毒物藥物篩查等方面提出了更加準(zhǔn)確和快速的檢驗(yàn)需求，以便于迅速?zèng)Q策、合理處置，這就給干化學(xué)技術(shù)的后續(xù)發(fā)展帶來了更大的機(jī)遇。

3.2 干式生化分析多層膜片的國(guó)產(chǎn)化替代

雖然干化學(xué)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)快速和應(yīng)用場(chǎng)合廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)尚無企業(yè)能獨(dú)立生產(chǎn)和制造干式生化分析試劑片和相應(yīng)檢測(cè)儀器，需要完全依賴于進(jìn)口，導(dǎo)致了目前產(chǎn)品的成本比濕化學(xué)法高出幾倍之多，并進(jìn)一步限制了干化學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣。雖然近些年陸續(xù)有一些科研院所和機(jī)構(gòu)對(duì)干化學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究和初步應(yīng)用探索，但目前國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研院所對(duì)干式生化分析多層膜片的研究尚不成熟，距離產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段距離，因此，對(duì)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新應(yīng)用步伐提出了更嚴(yán)苛的要求。企業(yè)不應(yīng)自身埋頭苦干，而應(yīng)該創(chuàng)新思維，充分利用科研綜合實(shí)力雄厚的科研院所和研究機(jī)構(gòu)的人才和設(shè)備優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，以盡快突破國(guó)際壟斷，形成我國(guó)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。