微生物包括單細胞和多細胞實體，作為自然界中無處不在的生命形式，表現出顯著的多樣性。它們通過提供維持不同生態系統（包括高等宿主生物）生物過程的基本成分發揮著關鍵作用。人體腸道微生物群內的復雜相互作用對代謝功能、免疫反應和生化信號傳導至關重要，特別是通過腸道-大腦軸。病毒在生物過程中也發揮著重要作用，例如在活細胞內復制時通過水平基因轉移增加遺傳多樣性。另一方面，微生物制劑對人體的感染可能會導致嚴重的生理紊亂和疾病。傳染病對全球醫療保健系統構成了重大負擔，其特征是流行病學格局的巨大變化。抗生素耐藥性的快速傳播或傳染病的失控爆發是目前的主要挑戰。此外，在資源匱乏的環境中，向受影響最嚴重的人群提供經過現場驗證的護理點診斷工具尤為重要且具有挑戰性。需要實施新的范式和技術方法，以實現快速和知情的疾病管理。在這方面，利用微流體系統結合基于集成生物傳感器的病原體檢測的傳染病診斷提供了一系列創新和有前景的解決方案。在這篇綜述中，我們旨在概述微流體診斷工具開發的最新活動和進展。本文獻研究主要涵蓋了過去5年科研人員遵循基于主要在臨床層面涉及的人體系統或特定病原體傳播模式的分類方案。結核病和瘧疾等重要疾病將得到更廣泛的治療。

微流體和微流體裝置

微觀尺度下的流體性質流體動力學由Navier-Stokes方程控制，該方程原則上解釋了宏觀尺度上任何一種復雜的流體現象，包括湍流模式。通過將尺寸減小到微觀尺度，力的平衡發生了變化。慣性力通常與粘性力或與界面相關的力無關。這會產生與我們的直覺相反的特定流體特性，但可能對微尺度上的生命和微流體裝置的設計產生重大影響。例如，由于斯托克斯流的可逆性，細菌需要鞭毛而不是鰭來推進。微流體系統設計需要考慮到，由于層流特性，在微尺度上高效快速混合是具有挑戰性的。另一方面，毛細管力使自推進的連續流流體回路成為可能。在兩相液體系統中，非平衡效應可用于在微通道中產生單分散液滴。流體特性可以方便地用無量綱數來描述。特別是，微流體域的特征是雷諾數Re較小，對應于流體中慣性力與粘性力的比值。如果在中間Re數下操作，微流體應用也可能利用慣性效應。描述微流體中流動動力學和分子輸運的相關數字的其他例子是Péclet數或毛細管數。這些數字在微流體裝置的設計和分析集成中起著重要作用。

微流體設備類別微流體系統能夠精確控制小液體樣品體積的時空，并精確操縱生物分子、細胞或顆粒。彈性體聚合物（聚）二甲基硅氧烷（PDMS）帶來了微流體裝置或芯片實驗室（LOC）設計的重大突破。具有片上單片PDMS閥和蠕動泵的微流體系統可以通過多層軟光刻技術輕松制造，最終實現了生物分子檢測的微流體大規模集成。由于PDMS是一種透氧透明材料，因此在片上實現了先進的基于細胞的檢測，例如具有單細胞分辨率的快速AST、微生物群落或更大模型生物（如秀麗隱桿線蟲）的研究。此外，生物分子可以通過功能化磁珠在片上捕獲和運輸。液滴微流體是一種強大而通用的格式，實現了具有數字讀出的高通量生物測定。nL大小的液滴中的隔室和同時編碼提供了高多路復用能力。其他特性，如液滴中的快速混沌混合，也可以被利用。許多應用已經適應了數字微流體，特別是用于單細胞分析，包括具有單細胞分辨率的快速高通量AST，或用于分子生物學。離心微流體或圓盤實驗室（LoaD）設備，即在具有定制設計的流體回路的聚合物圓盤盒上實施生物測定，是可能用于POC應用的平臺。等分、閥門和混合等操作，例如用于核酸的純化和擴增，可以直接在圓盤上進行，用戶干預最少，這也要歸功于圓盤上的試劑存儲。作為例如，一個片上實驗室平臺被設計用于急性發熱性疾病的自動POC鑒別診斷。紙張是微流體應用的一種有吸引力的基材，因為它很便宜，一次性使用，由于自驅動毛細管流，不需要外部流體控制。側流檢測（LFA）或快速診斷測試（RDT）是用于定性診斷的常用簡單紙質設備，主要用于免疫層析檢測。實施更靈敏和定量的檢測旨在克服LFA的當前局限性，并擴展可能的應用范圍。微流體紙分析設備（μPAD）在紙基材上具有圖案化的疏水邊界，以創建微流體流體結構和可能的其他流體控制工具。μPAD能夠分析復雜的（如血液）和少量的生化樣本。3D紙堆或可折疊折紙設計擴展了μPAD的復雜性和多路復用能力，使其能夠集成更先進的抗體或核酸檢測。μPAD是無電的，因此是低資源環境中POC應用的有前景的診斷工具。

免責聲明:文章來源doi.org/10.1039/D4LC00117F 以傳播知識、有益學習和研究為宗旨。轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除。