编辑推荐：
在生物研究和临床诊断中，传统免疫分析技术存在诸多局限。研究人员开展 “Lab-in-a-Tip”（LIT）平台的研究。结果显示，LIT 集成多种技术优势，在灵敏度、速度和样本量等方面表现优异。这一成果为免疫分析带来新突破，拓展了应用范围。
在生命科学和医学研究领域，准确、高效地检测生物分子至关重要。多重免疫分析技术作为研究生物功能和疾病机制的重要工具，被广泛应用于科研和临床诊断。然而，现有的多重免疫分析技术存在不少问题。平面阵列虽能同时分析大量靶点，但溶液动力学差，导致孵育时间长、样本通量低，在临床检测少量靶点时并不适用。悬浮阵列虽反应动力学快、数据质量高，但在高灵敏度、快速检测和小样本量分析的场景下表现欠佳。微流控系统虽有一定优势，却面临阵列密度低、制造工艺复杂和成本高的挑战。因此，开发一种能整合多种技术优势、克服现有技术缺陷的新型多重免疫分析平台迫在眉睫。
为解决这些问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等机构的研究人员开展了 “Lab-in-a-Tip”（LIT）平台的研究。研究表明，LIT 平台有效整合了平面阵列、悬浮阵列和微流控系统的优势，在分析灵敏度、检测速度和样本通量等方面表现卓越，极大地拓展了多重免疫分析的应用范围，对临床诊断和实验室研究具有重要意义。该研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是图形可识别悬浮颗粒阵列（GRASPs）技术，通过在 25×14 μm 的二氧化硅基底上构建二维条形码图案，实现对颗粒的编码和识别。其次是微流控技术，利用毛细管微流控环境，优化检测过程。此外，还运用了自动化液体处理工作站技术，精确控制液体体积和试剂溶解，实现检测过程的自动化。研究样本来自中国人民解放军总医院收集的患者血清。
下面介绍具体的研究结果：
- LIT 免疫分析原理：LIT 免疫分析技术将基于悬浮的 GRASPs 转化为高密度、自组装的平面阵列，置于毛细管内。GRASPs 由二氧化硅基底和编码图案组成，每个编码点可通过显微镜明场成像识别。不同编码的 GRASPs 与特定捕获抗体结合，均匀自组装在石英毛细管内，并与标准移液器吸头集成。检测时，样本、生物素标记的检测抗体和链霉亲和素藻红蛋白（SAPE）依次孵育，每次孵育后进行洗涤。最后通过定制成像系统对 GRASPs 进行成像、解码，并测量荧光强度来定量结合的抗原。
- LIT 免疫分析的建立：在 LIT 免疫分析中，实现 GRASPs 在毛细管内的高密度集成是关键挑战。研究发现，超过 90% 的 GRASPs 在高速抽吸（50 μl/s）和多次洗涤后仍能保留。通过调整生物素标记的检测抗体和 SAPE 的浓度，优化了信号背景比，确定了最佳浓度均为 5 μg/ml。开发的单重 LIT 检测白细胞介素 - 8（IL-8）的性能与悬浮 GRASPs 检测相当，但孵育时间更短。同时，LIT 平台对多种细胞因子（IL-1β、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8 和 GM-CSF）的检测具有高选择性和特异性，交叉结合率低于 1%。六重标准 LIT 检测多种细胞因子的最低检测限（LOD）为 0.8 - 1.1 pg/ml，与悬浮 GRASPs 检测相似，且在储存 180 天后仍保持稳定。
- LIT 的三种模式：为满足不同应用需求，研究人员开发了 LIT 的三种模式。超灵敏 LIT（Ultrasensitive LIT）采用酪胺信号放大（TSA）系统，检测限比标准 LIT 提高约 100 倍，可检测低至 fg/ml 水平的分析物。快速 LIT（Speedy LIT）将孵育时间缩短至 15 分钟，在保证高灵敏度和精度的同时，检测限和定量限（LOQ）仅略有下降。微量体积 LIT（Microvolume LIT）仅需 10 μl 样本，在小样本量分析中具有优势，且 25 μl 和 10 μl 样本的检测限和定量限与 50 μl 样本相比仅有轻微妥协。
- LIT 与其他技术的性能比较：与 Luminex 和酶联免疫吸附测定（ELISA）相比，标准 LIT 在检测多种分析物时，检测限和定量限与 Luminex 相当，但超灵敏 LIT 的灵敏度提高了 1 - 3 个数量级，快速 LIT 的分析速度快 14 倍，微量体积 LIT 所需样本量仅为 Luminex 的五分之一。与 ELISA 相比，标准 LIT 的检测限和分析性能更优，超灵敏 LIT 灵敏度提高 2 - 3 个数量级，快速 LIT 分析速度快 20 倍，微量体积 LIT 所需样本量减少至十分之一，且 LIT 可同时检测多种分析物。在血清样本检测中，LIT 不受血清基质影响，检测结果与 Luminex、ELISA 和临床化学发光检测具有高度相关性，但在检测时间和自动化能力方面更具优势。
研究结论表明，LIT 技术保留了微流控芯片高灵敏度、快速处理和低样本消耗的优点，还支持大规模低成本制造，可扩展至同时处理 96 或 384 个样本，实现超高通量检测。此外，初步实验显示 LIT 技术可扩展到多重核酸检测。在讨论部分，研究人员指出 LIT 技术解决了微流控芯片在有限空间内实现多重检测的难题，通过自组装方式实现了高阵列密度，且 GRASPs 与毛细管的稳定结合保证了检测的可靠性。LIT 将所有试剂集成在吸头内，提高了便携性和易用性，降低了成本。同时，动态抽吸技术缩短了孵育时间，超灵敏 LIT 通过 TSA 技术实现了极低浓度分析物的检测，且 LIT 能精确控制洗涤步骤，保证了检测的准确性和重复性。总之，LIT 技术是一种强大的多重检测工具，在科学研究和诊断领域具有巨大的应用潜力，有望推动免疫分析技术的进一步发展，为生命科学研究和临床诊断提供更高效、准确的检测手段。
