李建平 何立棟 胡意立 溫建明 馬繼杰 萬 嫩

（浙江師范大學(xué)工學(xué)院，金華 321004）

血液由血漿和血細(xì)胞組成，約占人體體重的13%，廣義上被定義為一種包含液體和細(xì)胞的結(jié)締組織。血液在人體中進(jìn)行規(guī)律性、系統(tǒng)化的循環(huán)，與人體各個(gè)組織器官密切相關(guān)，通過神經(jīng)體液調(diào)節(jié)和聯(lián)合，與機(jī)體構(gòu)成了一個(gè)完整的個(gè)體，具備運(yùn)輸、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)以及防御保護(hù)等功能，保障機(jī)體正常的生理活動(dòng)。血液的成分和質(zhì)量會(huì)隨人的生命體征變化而改變，包括機(jī)體的生理變化和病理變化，由此衍生出了全血分析的概念，例如血常規(guī)化驗(yàn)［1-2］這種門診及住院病患的基礎(chǔ)檢驗(yàn)項(xiàng)目。全血分析不僅能夠?yàn)楦黝愌合到y(tǒng)疾病的診斷提供依據(jù)，諸如貧血［3-5］、溶血［6-7］現(xiàn)象等，對(duì)于其他類型疾病的診治也具有重要意義，例如感染性疾?。?-11］（細(xì)菌、微生物、病毒）、代謝性疾?。?2-16］（糖尿病、脂質(zhì)異常、高尿酸血癥等）以及內(nèi)分泌疾病［17-19］（胰島素分泌異常、甲狀腺疾?。┑?。因此，全血分析在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。

現(xiàn)階段，全血分析的研究方法種類繁多，但是至今尚未歸納、總結(jié)和建立相應(yīng)的分類系統(tǒng)，基于上述問題，本文提出將全血分析分為全血直接分析以及全血間接分析兩種形式（圖1）。其中，全血直接分析是通過抽取人體肘部靜脈血或者指尖末梢血，無需進(jìn)行預(yù)處理操作或是樣品制備，直接放入檢測設(shè)備即可進(jìn)行相關(guān)潛在病理分析，例如血常規(guī)、血糖、血凝時(shí)間等檢查。此類診斷方式具有簡單快捷，對(duì)于醫(yī)療操作人員的能力要求不高，但目前全血直接分析技術(shù)尚未成熟，仍有眾多關(guān)鍵性問題亟待解決，例如無法直接進(jìn)行微量成分篩查。全血間接分析作為目前醫(yī)療診斷的主流方式以及科學(xué)研究的主要方向，需要對(duì)抽取血液做預(yù)處理以削弱試驗(yàn)條件以及環(huán)境因素帶來的測量誤差影響，例如分離血細(xì)胞、添加細(xì)胞裂解液等。對(duì)于預(yù)處理手段可分為多種形式，傳統(tǒng)的全血處理存在耗費(fèi)時(shí)間和成本偏高的弊端，對(duì)血液的高效處理是現(xiàn)階段快速分析或是床旁檢測的關(guān)鍵技術(shù)難題。

Fig.1 Research status of whole blood analysis圖1 全血分析研究現(xiàn)狀

毫無疑問，通過對(duì)患者的表象癥狀判斷以及體液的指標(biāo)檢測，能夠有效地為患者身體狀況評(píng)價(jià)提供可靠信息，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療的精確診斷并幫助主治醫(yī)生制定正確的治療計(jì)劃。近年來，基于全血分析的技術(shù)快速發(fā)展，部分疾病的檢測技術(shù)已趨于成熟并研發(fā)成產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于市場之中，成熟的全血分析設(shè)備對(duì)于身體康復(fù)和生命健康監(jiān)測及分析有著重要作用。提升設(shè)備的檢測限度、靈敏度和特異性等指標(biāo)的準(zhǔn)確性已成為血液分析設(shè)備發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因此，采用間接過濾、離心等方式處理血液后進(jìn)行分析是目前醫(yī)療領(lǐng)域以及臨床檢驗(yàn)的常用手段。但是，檢測中的處理方式一般依靠大型的離心設(shè)備，操作流程繁瑣且耗時(shí)長，對(duì)疾病的快速診斷有一定的滯后性；便攜、集成裝置雖然依靠膜過濾等形式縮短了處理時(shí)間，但多數(shù)分析仍需要精密的光學(xué)設(shè)備檢測或顯微鏡觀察，一方面是分析時(shí)間較長，另一方面是高昂檢測成本，在一定程度上都制約了全血分析在現(xiàn)場快速篩查的應(yīng)用。

綜上所述，血液作為眾多疾病診斷中最重要的體液之一，對(duì)血液進(jìn)行高效、高分辨的分析將有利于眾多疾病診斷、護(hù)理或者公共衛(wèi)生領(lǐng)域。這篇綜述系統(tǒng)地概述了全血分析技術(shù)以及設(shè)備目前的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來的發(fā)展方向。第一部分梳理了全血直接分析，重點(diǎn)介紹目前相對(duì)成熟的全血分析設(shè)備及其應(yīng)用。第二部分介紹了全血間接分析，將分析過程分為兩個(gè)步驟，首先是分離技術(shù)，其次是檢測技術(shù)，兩者相結(jié)合構(gòu)成了全血間接分析，具有廣泛的研究背景。第三部分在總結(jié)已有研究結(jié)果基礎(chǔ)上，針對(duì)全血分析的研究仍然受制于繁瑣的操作流程，沉重的分析儀器和高昂的檢測費(fèi)用等現(xiàn)狀問題進(jìn)行了探討，提出將全血間接分析進(jìn)行有效的集成，以解決大體積的離心設(shè)備帶來的不便利，進(jìn)一步將全血間接分析轉(zhuǎn)換為全血直接分析，通過對(duì)血液各類狀態(tài)（溫度、紅細(xì)胞壓積等）進(jìn)行有效的智能算法補(bǔ)償，消除其影響，以實(shí)現(xiàn)全血中微量分子的定量表征，最終，降低材料成本、加工成本或設(shè)備成本，例如紙片離心，以完成低成本的全血快速分析。

1 全血直接分析

全血直接分析，無需預(yù)處理即可快速分析血液狀況，包括各類細(xì)胞、蛋白質(zhì)、代謝物、鹽、激素等生物標(biāo)志物，全血直接分析可以在很大限度上對(duì)患者健康狀況進(jìn)行評(píng)估以及相對(duì)應(yīng)的疾病診斷，特別是在一些資源有限的地區(qū)。隨著時(shí)代的更替，技術(shù)日新月異，成熟的全血直接分析技術(shù)隨之而生，目前主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：a.活化凝血時(shí)間（activated clotting time，ACT），一種用于臨床血液體外循環(huán)手術(shù)時(shí)的血凝時(shí)間監(jiān)測指標(biāo)；b.血糖監(jiān)測，目前小型化、便攜化、智能化以及家庭化的血糖儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用；c.細(xì)胞特性檢測，例如三大細(xì)胞（紅細(xì)胞、血小板、白細(xì)胞）計(jì)數(shù)、循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cells，CTCs）等重要單細(xì)胞檢測技術(shù)趨于成熟，主要代表設(shè)備為流式細(xì)胞儀，采用光電式技術(shù)進(jìn)行特異性識(shí)別以區(qū)分細(xì)胞種類；d.血沉檢測也是比較有代表性的一個(gè)病理判斷指標(biāo)。

1.1 活化凝血時(shí)間檢測

在體外循環(huán)中，如果沒有合適的抗凝治療手段，在回路中就會(huì)快速形成血栓，這類情況是致命的，為了預(yù)防重大不良事件，阻止血栓凝塊的形成，ACT 被認(rèn)定為快速可靠衡量全血凝固能力的指標(biāo)之一。從1966年P(guān)aul［20］提出凝血時(shí)間這一概念開始，研究人員經(jīng)過數(shù)年的探索，利用機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)（磁珠振幅、柱塞位移、血液黏稠度）等技術(shù)［21-23］成功檢測ACT 指標(biāo)，成熟的檢測技術(shù)被應(yīng)用于設(shè)備研發(fā)，現(xiàn)如今成型設(shè)備主要有MAX-ACT （Helena）、 ACT Plus （Medtronic）、Hemochron Jr.（ⅠTC）、 Hemochron Response（ⅠTC）、SCT-CenturyClot（世紀(jì)億康）以及i-STAT（Abbott）等。現(xiàn)有的ACT 檢測方式是從活化劑到反應(yīng)終點(diǎn)的系統(tǒng)檢測功能，致使ACT 的可重復(fù)性問題一直未能解決［24］，但ACT 仍然是心血管手術(shù)、重癥監(jiān)護(hù)以及血液透析等領(lǐng)域監(jiān)測肝素活性的主要指標(biāo)。

1.2 血糖檢測

血糖的定期檢測可以對(duì)患者的生活規(guī)律、運(yùn)動(dòng)飲食以及藥物治療有著重要指導(dǎo)意義，快速的血糖檢測有助于使用者隨時(shí)發(fā)現(xiàn)異常身體狀況，及時(shí)就醫(yī)。從1968 年開始Tom Clemens 針對(duì)血糖檢測提出血糖儀的概念，血糖儀在技術(shù)上經(jīng)過了水洗式、擦血式、光聲式、光電式、比色式以及電化學(xué)式等研究歷程［25］，從起初的血液離心檢測到現(xiàn)如今的全血直接分析經(jīng)歷了數(shù)十年。目前，血糖儀主流的檢測方式分為以下三種：全血光聲式/光電式檢測［26-28］、全血電化學(xué)式檢測［29-30］，以及體液（唾液、汗液、尿液等）電化學(xué)分析檢測［31］。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，便攜式、低成本的床旁血糖監(jiān)測系統(tǒng)概念的提出，小型化、智能化、高效精準(zhǔn)的血糖監(jiān)測設(shè)備被不斷開發(fā)。Zhang 等［32］研制了一種基于光聲式的小型血糖檢測設(shè)備（圖2），與傳統(tǒng)的光聲（photoacoustic，PA）儀器相比較，擁有體積小、靈敏度高以及較好的穩(wěn)定性等優(yōu)勢。Dai等［33］介紹一種基于凝膠的全血血糖比色檢測方法，無需預(yù)先分離血漿即可進(jìn)行比色檢測，誤差范圍小于9%，與商用血糖儀相比較誤差更小。基于酶的生物傳感器是目前較為流行的電化學(xué)傳感器，葡萄糖氧化酶或葡萄糖脫氫酶是用于葡萄糖檢測最為廣泛的酶，Thapa 等［34］介紹了一種基于酶的電化學(xué)生物傳感器，用于檢測單滴全血中的葡萄糖和乳酸含量。迄今為止，便攜式血糖儀（中國三諾（Sino）、美國強(qiáng)生（Johnson）、瑞士羅氏（Roche）、德國拜爾（Bayer）等）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家庭之中，微量血液即可快速分析且設(shè)備操作性較強(qiáng)。

Fig.2 Blood glucose detection圖2 血糖檢測

1.3 細(xì)胞特性檢測

細(xì)胞數(shù)量以及細(xì)胞狀態(tài)是衡量身體狀況的重要指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)突變細(xì)胞或異常病變細(xì)胞是預(yù)防和診斷疾病的前提，這就使細(xì)胞特性檢測尤為重要。自20 世紀(jì)30 年代初，研究人員提出細(xì)胞計(jì)數(shù)概念，之后的數(shù)十年里，隨著光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，單細(xì)胞檢測技術(shù)經(jīng)歷了飛速發(fā)展階段?，F(xiàn)如今，高通量、高靈敏度的細(xì)胞技術(shù)被研究者用于全血細(xì)胞計(jì)數(shù)［35］以及全血中病變細(xì)胞甄別［36］等方面。Zheng 等［37］對(duì)氨基酸和聚合物進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，以開發(fā)細(xì)胞選擇性熒光標(biāo)記物聚乙烯亞胺-鈍化生物分子衍生碳點(diǎn)Ⅰ型（PEⅠ-passivated biodots type Ⅰ），用于快速無裂解細(xì)胞的血液分析。Xu 等［38］設(shè)計(jì)了一種近紅外光驅(qū)動(dòng)的熒光納米電機(jī)，能夠有效檢測全血環(huán)境中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，無需預(yù)處理程序，并且能高效（93.75%～98.75%）捕獲CTCs 并以熒光的形式進(jìn)行表征。Suzuki 等［39］介紹了一種基于微流體收縮和電流傳感系統(tǒng)的機(jī)械低通過濾技術(shù)（圖3），用于全血中的CTCs 檢測，識(shí)別全血CTCs，數(shù)十毫秒內(nèi)準(zhǔn)確率大于95%。

Fig.3 Detection of cell characteristics: mechanical low-pass filtration technology based on microfluidic shrinkage and current sensing system[39]圖3 細(xì)胞特性檢測：基于微流體收縮和電流傳感系統(tǒng)的機(jī)械低通過濾技術(shù)［39］

1.4 血沉檢測

紅細(xì)胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）又稱血沉，其沉降快慢、黏度與紅細(xì)胞間的聚集力密切相關(guān)，臨床上常用血沉作為紅細(xì)胞間聚集性的指標(biāo)，雖然它是一項(xiàng)非特異性檢查指標(biāo)，無法精確檢查以確診某種疾病，但是被廣泛用作篩查測試和監(jiān)測多種炎癥性疾病的非特異性疾病指數(shù)。在診斷顳動(dòng)脈炎［40］、風(fēng)濕性多肌痛、骨髓炎以及追蹤結(jié)核?。?1］、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和霍奇金病的疾病狀態(tài)中，已有許多紅細(xì)胞沉降的臨床應(yīng)用［42-43］。在某些非炎癥性疾病（包括中風(fēng)、心臟病和前列腺癌）中，被認(rèn)為是關(guān)鍵的預(yù)后因素。ESR 在1921年由Febreaus Westrygren［44］創(chuàng)立，歷經(jīng)幾十年，仍被廣泛應(yīng)用，目前測定方法主要由魏氏（Westergren）法、斜管法、快速發(fā)、微量法、阻抗法以及血沉儀自動(dòng)測定法（光學(xué)）等。傳統(tǒng)的血沉檢測以離心后血細(xì)胞為檢測液，操作繁瑣，隨著技術(shù)的改進(jìn)，血沉的測定已經(jīng)從傳統(tǒng)的魏氏法向全血自動(dòng)測定發(fā)展。多數(shù)檢驗(yàn)科室對(duì)現(xiàn)有的血沉自動(dòng)分析儀進(jìn)行有效的評(píng)估，選擇合適的ESR 檢測設(shè)備對(duì)病情診斷輔助十分關(guān)鍵。相對(duì)于比較成熟的光學(xué)檢測手段，新穎的技術(shù)也在逐步研發(fā)，Li等［45］提出一種基于生物電阻抗譜（electrical impedance spectroscopy，EⅠS）的全血血沉檢測技術(shù)（圖4），特制的T形容器對(duì)血沉的EⅠS測量，提取的多頻參數(shù)電抗Xc和沉降比Rse呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。

2 全血間接分析

全血間接分析，是一種血液采集后需進(jìn)行特殊預(yù)處理的分析技術(shù)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，大部分生化、免疫的項(xiàng)目檢測都是提取血液中的液體成分進(jìn)行分析，傳統(tǒng)的免疫測定很少采用全血直接分析，普遍需要分離步驟，提取血液中的血漿或血清成分進(jìn)行免疫分析或其他相關(guān)疾病診斷，所謂的血漿是指去掉血細(xì)胞的血液，血清是指的去掉纖維蛋白原以及某些凝血因子的血漿，對(duì)血漿或血清中的抗原和抗體進(jìn)行相關(guān)檢測，是診斷乙肝、瘧疾、艾滋病等感染的關(guān)鍵步驟。本綜述將全血間接分析分為兩個(gè)部分，處理技術(shù)和檢測技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行展開敘述。

2.1 處理技術(shù)

血液屬于結(jié)締組織，其組成成分非常復(fù)雜，在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮著多方面的功能，它的主要成分包含細(xì)胞（紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等）與血漿。各類細(xì)胞分別起到不同的功能，例如紅細(xì)胞含有血紅蛋白起輸送氧氣的作用，白細(xì)胞主要起機(jī)體抗感染的非特異免疫作用，血小板協(xié)同凝血因子起到凝結(jié)防止大量失血作用。血漿中又富含營養(yǎng)物質(zhì)，代謝產(chǎn)物以及不同種類的蛋白質(zhì)成分，例如凝血因子用于凝結(jié)產(chǎn)生纖維凝塊的纖維蛋白原成分等。血液的復(fù)雜成分導(dǎo)致對(duì)其的整體分析有阻礙作用，在臨床或者免疫方面，從全血中提取部分有用信息是診斷疾病更有效的方式，另外在檢測過程中也發(fā)現(xiàn)，使用全血進(jìn)行部分疾病的診斷，紅細(xì)胞等因素會(huì)嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。因此，在大多數(shù)常規(guī)檢測，疾病預(yù)防、醫(yī)療診斷、康復(fù)治療過程中，采取的血樣都需要經(jīng)過一定的技術(shù)處理。本綜述將處理技術(shù)簡要分為四種技術(shù)進(jìn)行敘述，分別是膜過濾［47-53］、特殊結(jié)構(gòu)過濾［54-55］、離心［56-57］以及裂解液［58-60］方式。

2.1.1 膜過濾

血液的過濾有助于更好地分析內(nèi)部成分，在血液分析中，血細(xì)胞的存在往往會(huì)影響檢測的結(jié)果，不管是比色法還是光學(xué)法，因?yàn)檠?xì)胞是血液的主要成分，對(duì)于吸光以及視線傳達(dá)都產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差。膜作為一種較為便捷的過濾方式被研究人員廣泛應(yīng)用于全血分離的試驗(yàn)中，對(duì)膜孔大小的參數(shù)設(shè)計(jì)能夠很好地篩選大小不一的細(xì)胞，從而達(dá)到分離的目的。本綜述根據(jù)膜過濾的受力形式，將其分為主動(dòng)式過濾和被動(dòng)式過濾。

a.主動(dòng)式膜過濾

主動(dòng)式膜過濾，定義為依靠血液重力驅(qū)動(dòng)，自主分離達(dá)到過濾效果，也可以稱為重力過濾，是一種比較常見的方式。Osemwengie等［61］提出一種利用新型重力驅(qū)動(dòng)的血液分離裝置，基于錯(cuò)流微濾技術(shù)，有效地將全血分離成血漿和富含血小板的紅細(xì)胞，回收率均高達(dá)80%以上。Morita 等［62］提出依靠重力作用進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)來過濾全血，對(duì)膜的直徑控制在8～10 μm 以達(dá)到篩選目的，可以達(dá)到15%的分離率提取CTC 模型。眾所周知，單純控制膜孔的直徑達(dá)到高效過濾效果是不夠完善的，過濾器往往會(huì)因?yàn)閭€(gè)別體型較大細(xì)胞或細(xì)胞堆積引起堵塞問題。Zhao等［63］為克服這一挑戰(zhàn)，提出新的高選擇性、友好性、高效的超級(jí)過濾器（圖5），在過濾過程中選擇性的改善抗體修飾的微孔壁與細(xì)胞的接觸面積，達(dá)到高效和選擇性捕獲CTC。

Fig.5 Diagram of active super filter for affinity capture of tumor cells in complex body fluids［63］圖5 主動(dòng)式超級(jí)過濾器用于復(fù)雜體液中親和捕獲腫瘤細(xì)胞示意圖［63］

b.被動(dòng)式膜過濾

被動(dòng)式膜過濾，定義為血液受外力驅(qū)動(dòng)，被動(dòng)分離達(dá)到過濾效果。以往的研究都是利用簡單的膜孔過濾，分離的效果并不是特別好，主動(dòng)式過濾往往會(huì)因?yàn)槎氯植荒芸焖偈柰ǎ荒苓B續(xù)性工作，無法達(dá)到高效率回收和精確檢測的目的。被動(dòng)式過濾采用新型的外驅(qū)動(dòng)力，能有效解決上述問題，Gonzalez-Suarez 等［64］設(shè)計(jì)一種主動(dòng)混合功能的系統(tǒng)（圖6a），用于快速檢測微量全血中的葡萄糖，基于膜孔結(jié)構(gòu)，采用毛細(xì)力輸送以及正負(fù)氣壓分離進(jìn)行血液的過濾。隨著過濾膜以及材料改性的快速發(fā)展，紙基式檢測裝置迅速發(fā)展，Gao 等［65］基于功能性的過濾膜組件，實(shí)現(xiàn)了血漿的分離以及蛋白質(zhì) 檢 測（圖6b）。Xu 等［66］、Wang 等［67］以 及Komatsu等［68］利用血液分離墊、吸收墊與NC膜組成實(shí)現(xiàn)了血漿的分離，組裝裝置依靠毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)，成功在全血中分別檢測了兩種肝膽疾病相關(guān)標(biāo)志物、螺旋旋毛蟲以及鋰離子含量。相較于主動(dòng)式膜過濾，被動(dòng)式膜過濾因操作簡單、成本低廉以及耗時(shí)短等優(yōu)勢在床旁檢測或者早期自我檢測方面被廣泛采用，隨著微流控的快速發(fā)展，微流控紙基分析設(shè)備在全血分析也將全面普及。

Fig.6 Passive membrane filtration圖6 被動(dòng)式膜過濾

2.1.2 特殊結(jié)構(gòu)過濾

基于傳統(tǒng)過濾膜的想法，研究人員在特殊結(jié)構(gòu)與流體技術(shù)相結(jié)合方面，做了不少的研究。過濾膜一直是一種靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，其形狀大小設(shè)計(jì)取決于不同種類細(xì)胞的固定屬性，即使是外力驅(qū)動(dòng)也會(huì)存在難過濾、阻力大等問題。如何克服靜態(tài)膜帶來的問題，實(shí)現(xiàn)高效高通量過濾全血是一個(gè)重要的課題，F(xiàn)ukuyama等［69］提出一種機(jī)械結(jié)構(gòu)和流體技術(shù)相結(jié)合微過濾器（圖7），根據(jù)流體的流速和壓力動(dòng)態(tài)改變機(jī)械結(jié)構(gòu)過濾孔的大小，實(shí)現(xiàn)全血中的癌細(xì)胞檢測。新式的動(dòng)態(tài)檢測在一定程度上有利于血液的快速流動(dòng)及分離，未來智能化與特殊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，對(duì)細(xì)胞的快速篩選有著重要的意義。

2.1.3 離心

離心是血液分離的主要手段之一，離心技術(shù)隨著科技的發(fā)展日新月異，本綜述中將離心分為兩種形式，分別是分布式離心和集成式離心（圖8）。所謂的分布式離心，是基于傳統(tǒng)離心機(jī)，利用物體高速旋轉(zhuǎn)，使得離心管體中的物質(zhì)之間因密度、形狀或大小差異受到不同離心力，達(dá)到濃縮或是與其他成分分離等目的，這種高過濾效果的傳統(tǒng)離心方式被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在目前的醫(yī)院中，臨床化學(xué)和臨床免疫大都是依靠離心機(jī)器對(duì)血液進(jìn)行前期的處理，提取血液中的血清進(jìn)行篩查。這種分布式離心的方式，操作復(fù)雜，且過程繁瑣，耗費(fèi)較長的時(shí)間，在偏遠(yuǎn)或醫(yī)療條件匱乏的地區(qū)，大型的離心設(shè)備更加無法得到很好地應(yīng)用。集成式離心的產(chǎn)生，有效地解決成本高和測試時(shí)間長等問題，所謂的集成式離心是將離心技術(shù)與微流控技術(shù)相結(jié)合，制成便攜式、小型化裝置。Yang等［70］基于離心微流體平臺(tái)，有效地從全血中提出純化的血漿；Zhou等［71］采用微流體盒，通過離心的方式對(duì)全血中的金黃色葡糖球菌進(jìn)行檢測；Kim等［72］同樣基于離心微流體設(shè)備，成功提取了高純度（＞99%）的血小板。微流體的發(fā)展給傳統(tǒng)血液離心處理帶來了較大的沖擊，但是目前集成式離心技術(shù)還不夠成熟，小型化的裝置有賴于精巧的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如虹吸閥，如何控制血液離心再到提取都是需要經(jīng)過嚴(yán)密的設(shè)計(jì)，包括小型化的各項(xiàng)技術(shù)融合同樣是瓶頸，真正智能化、便攜化還有賴于各項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展。

Fig.7 Dynamic deformable microfilter schematic［69］圖7 動(dòng)態(tài)可變形微過濾器示意圖［69］

Fig.8 Centrifugal microfluidic chip and traditional centrifuge process［56］圖8 離心微流控芯片以及傳統(tǒng)離心機(jī)工藝流程［56］

2.1.4 裂解液

在特定細(xì)胞的分離提純或者核酸提取實(shí)驗(yàn)中，往往會(huì)添加裂解液，以消除多余成分對(duì)檢測的影響。裂解液一般采用的是化學(xué)裂解法和酶裂解法，常規(guī)的全血分析中，會(huì)使用到紅細(xì)胞裂解液、白細(xì)胞裂解液等，例如蛋白質(zhì)、核酸分離和提取，紅細(xì)胞會(huì)嚴(yán)重影響純度，因此添加裂解液，利用其無核特性以及細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差異達(dá)到膨脹裂解效果。Qiu 等［73］采用紅細(xì)胞裂解液消除紅細(xì)胞對(duì)光檢測的影響，成功從全血中檢測和鑒定膿毒癥細(xì)菌。Narayana Ⅰyengar等［58］基于選擇性細(xì)胞裂解樣品制備與高靈敏度光化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合，在全血樣品中檢測出膿毒癥細(xì)菌（圖9）。Zhu 等［74］利用紅細(xì)胞裂解液在全血中提取白細(xì)胞，裂解模塊可實(shí)現(xiàn)94.2%的高效混合。裂解液的使用已經(jīng)廣泛普及，包括各類流式細(xì)胞儀器設(shè)備中，都集合了各項(xiàng)裂解技術(shù)和試劑，以達(dá)到快速細(xì)胞區(qū)分等功能。裂解液的使用增進(jìn)了全血快速分析的進(jìn)程，但是化學(xué)試劑的使用需要考慮其對(duì)細(xì)胞活性的影響，嚴(yán)格遵守裂解液操作規(guī)范是檢測準(zhǔn)確的保障。

Fig.9 Working principle of selective isolation and detection of bacteria in whole blood based on lysis buffer［58］圖9 基于裂解緩沖液于全血中選擇性分離和檢測細(xì)菌的工作原理［58］

2.2 檢測技術(shù)

全血間接分析首先通過對(duì)血液的預(yù)處理或樣品制備，然后通過各類檢測技術(shù)進(jìn)行快速的成分分析和疾病診斷。本綜述將現(xiàn)有主流的血液檢測技術(shù)分點(diǎn)羅列并敘述，分別是膠體金法［75-76］、光散射和吸收法［77-79］、電化學(xué)分析［80-82］、表面增強(qiáng)拉曼散射［83-88］、化學(xué)發(fā)光法［89］、熒光法［90］、表面等離子體共振［91-92］、石英晶體微天平［93］。

2.2.1 膠體金法

膠體金是氯金酸通過還原劑還原后聚合而成的金顆粒，并通過靜電作用形成膠體狀態(tài)，是免疫電鏡技術(shù)中比較適用的免疫標(biāo)記物。膠體金法可分為免疫膠體金電鏡染色法以及膠體金免疫層析法。免疫膠體金電鏡染色法是一種綜合免疫技術(shù)、電鏡技術(shù)以及膠體金染色技術(shù)的檢測手段，在堿性環(huán)境下，膠體金與抗體吸附，當(dāng)標(biāo)記后的抗體與抗原發(fā)生反應(yīng)后，會(huì)呈現(xiàn)櫻紅色從而達(dá)到特異性檢測目的。免疫膠體金層析法是一種綜合免疫技術(shù)、試紙條層析技術(shù)、膠體金染色技術(shù)的檢測技術(shù)，將血液樣本滴在樣品墊，經(jīng)膜過濾后，流經(jīng)膠體金標(biāo)記抗原/抗體的反應(yīng)區(qū)，根據(jù)顯色反應(yīng)判斷患者是否感染，其主要過程如圖10 所示。Ren 等［94］開發(fā)了一種快速檢測試劑盒，采用免疫膠體金層析法檢測了心臟型脂肪酸結(jié)合蛋白（H-FABP）在血漿和全血中的含量，其敏感性為1 μg/L，特異性、穩(wěn)定性均良好。Jiang等［95］基于免疫膠體金層析法，在全血樣本中快速檢測西羅莫司，可見檢測限和截止限分別為20 μg/L 和100 μg/L。目前全世界仍在持續(xù)經(jīng)歷的新冠疫情，對(duì)于新冠病毒的檢測手段也層出不窮，標(biāo)準(zhǔn)核酸診斷方式的假陰性率不可否定，Pan等［96］提出基于免疫膠體金層析法診斷由嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）感染造成的新型冠狀病毒感染（COVⅠD-19），敏感性在早中晚期分別達(dá)到11.1%、92.9%以及86.8%，用以一種臨床應(yīng)用的補(bǔ)充方法。膠體金法通過顯色反應(yīng)判斷患者是否陽性，操作方便快捷，用肉眼即可判斷，但是膠體金法普遍是定性或者半定量的檢測方式，在早期篩查過程中應(yīng)用廣泛，更精確地檢測仍需高精度的檢測技術(shù)，如酶聯(lián)免疫等。

Fig.10 Rapid detection of IgM antibodies against SARS-CoV-2 virus by cross-flow assay based on colloidal gold nanoparticles［75］圖10 基于膠體金納米顆粒的橫流測定法快速檢測針對(duì)SARS-CoV-2病毒的IgM抗體［75］

2.2.2 光散射和吸收法

光散射和吸收法是一種通過生物介質(zhì)固有光吸收以及散射特性形成的光學(xué)技術(shù)（圖11）。目前比較熟知的紅外光譜法（紅外吸收光譜法）、免疫比濁法都是醫(yī)學(xué)血液分析領(lǐng)域使用的方法。紅外光譜法指的是將一定頻率的紅外光照射分子產(chǎn)生共振，吸收紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)躍遷的現(xiàn)象。Rassel 等［97］發(fā)現(xiàn)，中紅外輻射在葡萄糖的分子指紋區(qū)域具有強(qiáng)烈的吸收峰，利用量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)生中紅外光源，成功檢測了糖尿病患者全血中的血糖濃度。Dos Santos Cardoso 等［98］通 過 波 長940 nm 和805 nm 的紅外光分析和實(shí)現(xiàn)了無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀。免疫比濁法又可以細(xì)分為免疫透射比濁法、免疫散射比濁法以及免疫乳膠比濁法，一般用于抗原抗體結(jié)合動(dòng)態(tài)測定，一定波長的光對(duì)溶液進(jìn)行照射時(shí)，光吸收程度或光的散射（偏轉(zhuǎn)角度）與復(fù)合物量大小以及含量多少密切相關(guān)，這種現(xiàn)象統(tǒng)一稱為免疫比濁法。Zeng等［99］利用比濁法研究了不同凝血條件下的纖維蛋白凝塊形成，Pieters等［100］解釋和驗(yàn)證了血漿凝塊的濁度分析。光學(xué)檢測方法是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域較為主流的檢測方式，因其無創(chuàng)、便攜、操作簡單等優(yōu)勢，在免疫分析、臨床診斷得到廣泛應(yīng)用。血液的復(fù)雜性在一定程度上限制了光學(xué)技術(shù)的伸展，目前成熟的光學(xué)技術(shù)普遍采用去除血細(xì)胞的方式，未來攻克全血直接分析檢測將是光學(xué)檢測的重大突破。

Fig.11 Light scattering and absorption method圖11 光散射和吸收法

2.2.3 電化學(xué)分析

電化學(xué)分析是一個(gè)比較廣泛的研究領(lǐng)域，涉及工業(yè)能源、化學(xué)分析等領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)診斷上，電化學(xué)分析方法在疾病免疫測定方面起著重要作用。電化學(xué)分析檢測原理是將檢測物的物理/化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為檢測電極的電信號(hào)（圖12）。在分析化學(xué)領(lǐng)域，電化學(xué)分析主要分為電流式、阻抗式以及電位式，在各類免疫應(yīng)用（免疫層析法、酶聯(lián)免疫吸附等）中作為主要的檢測手段。例如，Ahmadi等［101］描述了一種基于纖維素納米纖維CNs 的新型電化學(xué)紙基分析設(shè)備，在葡萄糖氧化酶成功固定在CN層，采用電化學(xué)分析方法（循環(huán)伏安法CV，電化學(xué)阻抗譜EⅠS）成功檢測全血樣品中的葡萄糖濃度，檢測限為0.1 mmol/L。Kim 等［102］制造一種紅細(xì)胞偽裝的生物傳感器，采用電化學(xué)分析方法對(duì)于全血樣品中細(xì)菌分泌的α溶血素進(jìn)行檢測，檢測限度為1.9 μg/L，動(dòng)態(tài)范圍為0.000 1～1 g/L。上述研究側(cè)重于檢測物質(zhì)的變化，例如抗原抗體結(jié)合，引起的電極表面電荷轉(zhuǎn)移速率的改變。Li等［103］根據(jù)EⅠS在區(qū)分細(xì)胞甚至蛋白質(zhì)信息方面的優(yōu)勢，提出利用EⅠS 進(jìn)行血栓的定量測量和評(píng)估。Wen 等［104］基于EⅠS定量研究了紅細(xì)胞聚集對(duì)脈動(dòng)流動(dòng)過程中正常血液介電特性（非凝血）的影響。這種研究側(cè)重于細(xì)胞/組織的電學(xué)特性，根據(jù)待檢測樣品的成分變化或狀態(tài)改變，引起整體檢測區(qū)域的電特性轉(zhuǎn)變，是一種區(qū)別與傳統(tǒng)EⅠS檢測的研究方法。綜上所述，電化學(xué)分析在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是血液分析中有著重要的地位，對(duì)于血液狀態(tài)，血液中的細(xì)菌、抗體、抗原等生物物質(zhì)檢測有著較高的靈敏度，對(duì)生物個(gè)體無創(chuàng)、無輻射，是一種比較常規(guī)、熱門的檢測技術(shù)。

Fig.12 Electrochemical analysis圖12 電化學(xué)分析

2.2.4 表面增強(qiáng)拉曼散射

拉曼散射，是1928 年由印度物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)，他在實(shí)驗(yàn)中觀察到單色的入射光投射到物質(zhì)中產(chǎn)生散射，發(fā)現(xiàn)散射光中存在與入射頻率不同的散射光，其強(qiáng)度大約入射光的10-6～10-9。隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，在少數(shù)基體表面（金、銀、銅或半導(dǎo)體），吸附物質(zhì)后會(huì)增強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度，并將這種現(xiàn)象稱為表面增強(qiáng)拉曼散射（surface enhancement of Raman scattering，SERS）（圖13）。例如，金屬電極表面修飾抗原/抗體、金納米顆粒結(jié)合抗體/抗原等方面均可利用SERS技術(shù)進(jìn)行高靈敏檢測，并且SERS 采用光譜檢測方式，具有無創(chuàng)、無標(biāo)記等優(yōu)勢，逐漸成為化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)分析、免疫測定的主要技術(shù)之一。Lei 等［105］基于SERS 和熒光雙模式法，對(duì)金納米顆粒修飾的聚苯乙烯微球作為等離激元偶聯(lián)微腔適配子，分別以3 cfu/ml 和2 cfu/ml 的超靈敏檢測限度實(shí)現(xiàn)了全血中金黃色葡萄球菌以及大腸桿菌的檢測。Sun等［106］開發(fā)了一種通用的SERS 水凝膠丸，當(dāng)血糖出現(xiàn)時(shí)，發(fā)生銀鏡反應(yīng)，［Ag（NH+3）2OH］分子可由葡萄糖醛基還原生成AgNPs，原位產(chǎn)生的AgNPs可沉積在AuNPs 表面，可顯著增加先前負(fù)載在AuNPs上的4-MBN的SERS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)葡萄糖的定量測量，最低檢測限為10 μmol/L。Zhu等［107］提出了一種基于疏水組裝納米橡子（HANA）的SERS吸附傳感器，在全血樣品中以高靈敏度和良好的重現(xiàn)性（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）＜7%）分析了人表皮生長因子受體和3 種外泌體蛋白。SERS 技術(shù)在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是對(duì)于SERS技術(shù)的使用限制還存在很大挑戰(zhàn)，例如受制于極個(gè)別材料的SERS 效應(yīng)，材料表面粗糙度處理以及SERS 產(chǎn)生機(jī)理理論等問題，這些將是未來SERS得到更寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的難題。

2.2.5 化學(xué)發(fā)光法

化學(xué)發(fā)光法（chemiluminescence，CL）是光譜分析中的一類，主要依據(jù)化學(xué)檢測體系中發(fā)光強(qiáng)度與檢測物質(zhì)濃度之前的量化關(guān)系?；瘜W(xué)發(fā)光一般指某種物質(zhì)分子吸收化學(xué)能后產(chǎn)生的光輻射，通過檢測光輻射強(qiáng)度表征物質(zhì)分子含量，一般包含化學(xué)激發(fā)和發(fā)光兩個(gè)步驟（圖14）。研究領(lǐng)域多數(shù)為氧化還原反應(yīng)，常常依靠幾種高效發(fā)光劑，例如魯米諾及其衍生物，光澤精、吖啶酯等。Zhao 等［108］采用吖啶酯發(fā)光劑，報(bào)道了一種HbA1c/Hb檢測的新型時(shí)間分辨率化學(xué)發(fā)光測定方法，通過區(qū)分兩種化學(xué)發(fā)光峰值即可確定HbA1c/Hb 濃度。Saito等［109］基于魯米諾化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，檢測犯罪現(xiàn)場的痕量血液，成功區(qū)分全血產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光和六氰基高鐵酸鉀（ⅠⅠⅠ）引起的化學(xué)發(fā)光。除去傳統(tǒng)的發(fā)光試劑，研究人員發(fā)現(xiàn)，一些熒光試劑同樣可以用來替代CL 試劑產(chǎn)生光輻射，Huang 等［110］根據(jù)鈣黃綠素化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象， 提出 calcein-H2O2-Au@BSANCs-Cu2+體系用于全血種谷胱甘肽（GSH）的檢測，其檢測限達(dá)到0.29 mmol/L。CL是一種功能強(qiáng)大的檢測技術(shù)，具有高靈敏度，低噪聲比信號(hào)以及簡易設(shè)備等優(yōu)勢，促進(jìn)了其在生物工程、臨床診斷（腫瘤標(biāo)志物、感染性疾病、過敏反應(yīng)以及治療藥物濃度監(jiān)測等）、分子生物學(xué)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但是CL在選擇性較差，發(fā)射強(qiáng)度取決于外部因素，對(duì)于設(shè)備光線環(huán)境要求比較嚴(yán)格。

Fig.14 Strategy of cell-assisted enhanced CL［89］圖14 細(xì)胞輔助增強(qiáng)型化學(xué)發(fā)光策略［89］

2.2.6 熒光法

所謂的熒光是指物體經(jīng)過短波長的光照射后輻射出較長波長的光。熒光法，是根據(jù)每一種物質(zhì)的熒光效應(yīng)存在特定吸收光的波長和發(fā)射的熒光波，利用這一特性以達(dá)到鑒定不同物質(zhì)的目的。在醫(yī)學(xué)診斷中，一般將小的、化學(xué)穩(wěn)定性好的熒光基團(tuán)（熒光素）作為抗體和其他生物分子的標(biāo)記物，將其修飾于蛋白質(zhì)、核酸和其他生物分子上，再通過熒光顯微鏡、流式細(xì)胞儀或其他熒光檢測設(shè)備進(jìn)行檢測。目前比較流行的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)結(jié)合熒光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)熒光標(biāo)記物定量檢測。如Chinnappan等［111］提出使用熒光置換測定法可以檢測少數(shù)乳腺癌microRNA序列，最低下限可低至1 pmol/L 水平的miRNA。Xu 等［112］利用全血CTC 中催化發(fā)夾組件系統(tǒng)與細(xì)胞內(nèi)microRNA-21相互雜交誘導(dǎo)熒光基團(tuán)（ATT0488）產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了全血中CTC 的原位檢測（圖15）。熒光法應(yīng)用廣泛，具有良好的選擇性，能夠避免不乏熒光的成分干擾，但是背景熒光或者說猝滅效應(yīng)等干擾對(duì)于樣品的測定影響程度需要列入主要考慮的范疇。

Fig.15 Working principle of CTC detection in whole blood based on fluorescence［112］圖15 基于熒光法的全血循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測工作原理［112］

2.2.7 表面等離子體共振

在1902年Wood的光學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面等離子體共振（surface plasmon resonance，SPR）現(xiàn)象，經(jīng)過近70 余年的沉淀積累，SPR 在傳感器方面才得到了初步應(yīng)用（圖16）。SPR 基于消逝波以及等離子波發(fā)生共振原理，檢測發(fā)射光強(qiáng)度大小判斷生物分子之前相互作用的信號(hào)，這種方法具有無標(biāo)記、無損傷等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于研究結(jié)合特異性、抗體選擇、小分子間相互作用等。Qu 等［113］基于開發(fā)的FO-SPR設(shè)備，測試了一種無需樣品預(yù)處理或稀釋的全血樣本檢測陰性樣本的功能，證實(shí)了其可行性。Kotlarek 等［114］提出基于SPR 的3 種凝血酶適配體，用于檢測分析10%血液種的凝血酶濃度。Heidarzadeh等［115］采用不同形狀的銀等離子體納米顆粒來檢測人體血液種的血紅蛋白濃度，根據(jù)等離子體共振產(chǎn)生光的折射率來量化實(shí)際濃度。在復(fù)雜的血液環(huán)境中，尤其是混濁甚至不透明的樣本中，SPR傳感技術(shù)發(fā)揮了其顯著的優(yōu)勢，但是與傳統(tǒng)的免疫檢測手段相比，其在穩(wěn)定性、檢測效率、檢測成本方面還有待提升。

2.2.8 石英晶體微天平

Fig.16 Quantitative characterization of whole-cell protein binding based on SPR imaging［91］圖16 基于表面等離子體共振成像的全細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合定量表征示意圖［91］

石英晶體微天平（quartz crystal microbalance，QCM），發(fā)展始于20 世紀(jì)60 年代初期，是一種非常靈敏的檢測設(shè)備，該技術(shù)原理是基于石英晶體的壓電效應(yīng)，所謂的壓電效應(yīng)是指在石英晶體表面施加機(jī)械外力，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在相對(duì)表面出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷形成電場（圖17）。?ah?n Sadik等［116］提出一種使用QCM 的傳感器系統(tǒng)，在全血中提取血清進(jìn)行血糖水平檢測，QCM 傳感器表現(xiàn)出較高的檢測精度，平均誤差為3.25%。Atar等［117］開發(fā)出一種新型QCM 免疫傳感器，能夠應(yīng)用于高選擇性的ⅠL-6 游離血漿樣品，最低檢測度為3.33 pg/L。QCM 是一種無標(biāo)記、高靈敏度、低成本的設(shè)備，在醫(yī)學(xué)免疫質(zhì)量分析上具有很大的潛力。但是如何將檢測物均勻地涂覆在檢測表面上，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的結(jié)果和可重復(fù)性是QCM 發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

Fig.17 Working principle of QCM［93］圖17 石英晶體微天平工作原理［93］

3 總結(jié)與展望

很多人體內(nèi)部的疾病變化是難以通過肉眼去觀察發(fā)現(xiàn)，全血分析是前期疾病篩查的重要手段之一，醫(yī)生可以通過患者血液的成分變化和經(jīng)驗(yàn)來推測可能會(huì)預(yù)發(fā)的疾病，也可以通過精確的檢測技術(shù)來判斷是否患有某種疾病。目前全血分析有兩種方式，全血直接分析以及全血間接分析，全血直接分析技術(shù)適用于血液狀態(tài)（黏度和凝聚等）以及常規(guī)細(xì)胞（紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板和淋巴細(xì)胞等）計(jì)數(shù)監(jiān)測，全血間接分析普遍應(yīng)用于微量成分（細(xì)菌、病毒和病變細(xì)胞等）篩查。

現(xiàn)階段，除去常規(guī)血液成分分析外，全血分析在多數(shù)疾病篩查項(xiàng)目中，由于送檢過程久、樣本排隊(duì)費(fèi)時(shí)長、樣本前期處理復(fù)雜、報(bào)告反饋時(shí)間長等缺陷導(dǎo)致檢測流程過長，無法做到疾病的及時(shí)監(jiān)測，可能貽誤患者治療時(shí)間。如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采樣即刻分析、快速得到檢驗(yàn)結(jié)果，形成檢測方法簡單易行、設(shè)備便攜、無需固定場所、檢測耗時(shí)短等優(yōu)勢，達(dá)到“早檢測，早發(fā)現(xiàn)，早治療”的目的，是全血檢測技術(shù)研究中一個(gè)亟待發(fā)展的領(lǐng)域。

根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，本綜述對(duì)于全血分析現(xiàn)存問題以及相應(yīng)的未來發(fā)展有如下評(píng)述：

a.研制集成化、便攜化裝置。疾病的前期快速篩查對(duì)生命健康保障尤為重要，基于全血間接分析技術(shù)發(fā)展趨勢，處理技術(shù)以及檢測技術(shù)在單方面已經(jīng)比較完善，但是多步驟操作過程（分布式）帶來的人為或系統(tǒng)誤差在一定程度上影響檢測的精確性，如離心過后的血液分層提取很大程度上受制于人主觀意識(shí)的影響，導(dǎo)致提取的試樣存在純度不足問題，亟待研究集成化裝置；集成化、便攜化裝置的普及，能夠大幅度降低患者連接醫(yī)院的消費(fèi)成本以及時(shí)間成本，以預(yù)防為前提，自測自檢，提高就診效率，同樣為有限的醫(yī)療資源得到充分的利用，在保障個(gè)人的生命健康，同時(shí)也節(jié)省大量費(fèi)用支出，裝置的集成化、便攜化已成為一個(gè)必然趨勢。至于集成化裝置如何做到聯(lián)合，設(shè)計(jì)便攜微型尺寸又能集成高分離效率結(jié)構(gòu)，高靈敏度、高響應(yīng)時(shí)間檢測技術(shù)，例如研制精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)用于血液前期預(yù)處理，結(jié)合生物與醫(yī)學(xué)方面的免疫、臨床等知識(shí)，采用生物兼容性較好的材料，搭配互聯(lián)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自我醫(yī)療診斷，這有待于機(jī)械、生物、醫(yī)學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域共同推進(jìn)。

b.研制智能化裝置。全血直接分析技術(shù)目前應(yīng)用范圍較為局限，到目前為止，全血直接分析技術(shù)在很大程度上仍受制于血液成分干擾，例如血細(xì)胞在血液中含量較多，發(fā)生非凝血聚集或其他狀態(tài)改變都會(huì)影響檢測精度，前期的研究表明［45］，血細(xì)胞的沉降會(huì)影響分析結(jié)果，需要對(duì)其進(jìn)行定量表征以排除影響；又如前期對(duì)血液溫度規(guī)律的研究表明［118］，血液溫度變化與阻抗特性有良好的線性關(guān)系，這就說明對(duì)于實(shí)時(shí)環(huán)境溫度的補(bǔ)償將利于提高檢測精度。在未來的血液分析方面，結(jié)合補(bǔ)償技術(shù)、智能算法［119-120］排除物質(zhì)成分或環(huán)境因素等影響，對(duì)存在于血液中的微量成分進(jìn)行快速分析提供有利支撐，將會(huì)對(duì)全血直接分析具有巨大的推進(jìn)作用。

c.研制低成本裝置。分離或過濾系統(tǒng)需要離心機(jī)，這在便攜化裝置中難以實(shí)現(xiàn)，紙片離心機(jī)的出現(xiàn)［121］，在滿足離心效果的前提下，實(shí)現(xiàn)了快速全血分離，操作方便且制作成本低廉，為后續(xù)推進(jìn)低成本裝置提供了新思路。檢測系統(tǒng)如需要顯微鏡、泵、光源以及電源將很難應(yīng)用于便攜式設(shè)備中，上述微型化的檢測系統(tǒng)又會(huì)加重成本，不適用于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、醫(yī)療措施不完善的地區(qū)，而電化學(xué)分析檢測系統(tǒng)不同于光學(xué)系統(tǒng)，省去了部分硬件需求，有效降低成本，更適用于集成化裝置，例如基于電化學(xué)分析的諸多免疫傳感器。近年來，將樣品預(yù)處理、分離、檢測等操作單元集成，已經(jīng)在生命科學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展，主要代表是微流控芯片，但是微流控芯片綜合了各項(xiàng)技術(shù)，包括光刻、控制芯片等等，研制成本較高，在商業(yè)領(lǐng)域還有很長一段路要探索。低成本裝置的未來發(fā)展，從微流控芯片的角度出發(fā)，一方面，芯片設(shè)計(jì)如能達(dá)到模塊化且其加工技術(shù)較為成熟將有更多的應(yīng)用平臺(tái)，大量研究精力和資金投入隨之帶來的相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)將有利于成本的把控；另一方面，進(jìn)一步研究探索新型加工技術(shù)或低成本平替材料，同樣能夠提高其應(yīng)用價(jià)值。