基于微流控集成芯片的全自动CD4+T淋巴细胞计数HIV艾滋病现场检测方法研究

HIV-AIDS infection population is becoming increased significantly in globe over the last decade. Existed method for CD4+T lymphocyte counting needs an expensive and bulky flow cytometry with un-affordable cost, which make the periodical HIV clinical examination unavailable for the rural region or developing countries. To solve this problem, based on microfluidic technology, a new CD4+T lymphocyte counting method for automatic and integrated diagnosis will be studied and built for low cost, rapid, and convenient CD4+T lymphocyte test. This study will focus on methods for pre-treatment of whole blood, automatic CD4+T lymphocyte counting, and integrated microfluidic chip. New pre-treatment method for whole blood will be studied based the principle of cell separation to remove erythrocytes and monocytes. A new cell counting model with two associated parameters will be studied and created based on the analysis of the entire cells' phsical and chemical properties to develop a new cell counting method with high precision and low complexity. Finally, a disposable and integrated microfluidic chip with sample introduction interface and self-contained reagent will be studied to facilitate an automatic cell test without cross contamination. The new CD4+T lymphocyte counting method will be studied based on the balance between the chip and the reagent to make it readily adopted by clinical test. This study will not only speed up the research on clinical test of CD4+T lymphocyte for HIV-AIDS, and more generally, the research on clinical diagnosis based on blood cell property, but also accelerate the multidisciplinary research between medicine and engineering.

全球范围内HIV-AIDS正处于快速增长期，现有CD4+T淋巴细胞检测方法由于仪器昂贵、操作复杂、检测成本高，不利于疾病诊疗。为实现低成本、方便、快捷POCT临床检测，拟利用微流控芯片技术，基于已有研究积累，研究新型、集成、全自动CD4+T淋巴细胞计数检测方法，主要解决：全血样品预处理、细胞自动计数、及功能集成芯片等关键问题。基于细胞分离原理，研究全血样品预处理新方法，滤除红细胞及单核细胞；基于细胞整体物化特性，研究双表征量细胞计数新方法，提高计数准确性，降低检测复杂度；基于功能集成方法，研究一次性、自带样品定量导入功能与检测试剂的细胞计数芯片，实现无交叉污染的自动检测。立足"芯片-试剂"整体研究理念，通过优势互补，研究适合临床检验现场的细胞计数新方法。本项目不但能够促进CD4+T淋巴细胞临床检测方法研究，带动基于血液细胞分析的临床检验技术研究发展，而且能够增进医工学科的交叉融合。

全球范围内，人类免疫缺陷病毒（HIV）感染导致的艾滋病仍然处于快速增长期，给人类健康造成了极大的威胁，带来了一系列严重的公共卫生及社会问题。CD4+T淋巴细胞计数能够表征HIV感染者免疫系统损害状况，在HIV病程监测方面具有重要的临床意义。因此，基于微流控芯片的CD4+T淋巴细胞POCT（Point-of-Care Test）计数检测方法与技术研究，不仅具有重要的学术意义，而且有利于改善HIV-AIDS诊疗条件。. 主要研究内容包括：微流控芯片全血样品预处理方法，包括多种红细胞滤除微流控芯片；CD4+T淋巴细胞计数检测方法，包括CD4+T淋巴细胞、CD4抗原特异性捕获微流控芯片，基于免疫荧光检测、化学发光检测、表面等离子体谐振（SPR）的CD4+T淋巴细胞计数检测方法，以及基于高光谱图像、SPR图像的细胞计数检测方法；功能集成CD4+T淋巴细胞计数检测芯片，包括分别基于单微球的全集成式，及基于离心驱动的两类CD4+T淋巴细胞计数检测微流控系统。. 基于盲端过滤的错流过滤芯片实现CD4细胞（特定尺寸荧光微球模拟）与红细胞或细胞碎片之间的成功分离；基于化学裂解的方法高效去除红细胞；离心驱动芯片有效分离红细胞，为CD4细胞检测打下良好基础。在芯片表面标记CD4抗体特异性捕获CD4细胞；利用微珠整列表面标记的CD4抗体特异性捕获CD4细胞；基于免疫荧光侧向流纸条检测CD4抗原；利用荧光微球特异性标记检测CD4细胞；利用SPR/SPR图像检测芯片表面特异性吸附的CD4细胞；利用高光谱图像实现不同细胞的无标记分类检测。在综合各类CD4捕获与检测方法基础上，研究提出了一种基于大尺度微球的微流控集成芯片，一次性芯片预先存储各类反应试剂，通过芯片与便携式装置的相互配合，30分钟内，同时实现对4份全血样品的独立检测，检测下限达到75 cells/µL，与流式细胞仪相关系数R2=0.9204，多个全血样品的平均检测误差小于10%（对比流式细胞仪），为实现CD4+T淋巴细胞现场快速（POCT）计数检测打下了良好的基础，同时，对于推动微流控细胞分析具有一定的科学意义与价值。