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分子诊断自动化3.0时代解决方案与思考

摘要

分子检测是分子诊断在临床发挥作用的有力支撑和具体体现，随着分子诊断技术的不断迭代更新，分子诊断在精准医疗领域中的关注度有所提升，分子检测技术和解决方案显得更加重要。当前，分子诊断技术在临床应用中存在一定的瓶颈，即当前检测流程的自动化程度难以满足医务人员和患者日益增长的效率需求。分子诊断自动化应运而生，但目前现有的自动化技术仅仅是自动化设备辅助实验人员，没有实现真正意义上的自动化。推荐2种不同思路的解决方案（基于POCT、基于流水线），来解决分子诊断自动化中分子检测存在的痛点，以期推动分子诊断自动化行业的发展及临床应用。

近年来，伴随着公众对呼吸道疾病诊疗关注度的增加，分子检测领域迎来全新的发展契机，加之国家相关政策的倾斜，蓬勃之势更加显著。分子检测因其快速、灵敏、准确的特点，在疾病发生、发展、预后等各个阶段均可发挥一定的作用，从而在医疗行业中得到了广泛的认可。临床分子诊断中的分子检测技术种类繁多，包括聚合酶链式反应、核酸分子杂交、基因芯片、测序等技术，基于聚合酶链式反应的分子检测技术最经典、最基础、临床应用范围最广，此技术进行分子诊断自动化解决方案创新的最佳实践平台，可以为操作复杂性更高的其他分子检测技术（如测序技术等）的自动化解决方案提供重要的模式参考和技术储备。国内医疗机构普遍设立的基因扩增实验室主要基于聚合酶链式反应技术而设置的，故本文重点阐述基于聚合酶链式反应的分子检测技术自动化解决方案，统一以分子诊断自动化进行描述。目前，虽然各级医疗机构配备了众多基因扩增实验室，但实验室内部大多采用了自动化程度相对较低的单体设备，仍然无法做到全流程自动化检测，无法满足医务人员和患者日益增长的医疗服务效率需求。分子检测（基因扩增）实验室急需在确保检测准确性的同时，努力提升自动化水平，提升工作效率，降低出现质量问题的风险［1,2］。

我们团队之前对分子诊断自动化发展历程进行过详细的阐述和展望［3］。分子诊断自动化1.0指样本前处理自动化；2.0指样本前处理和检测一体化的实现；前处理、检测、分析全过程的自动化就是本文所述的分子诊断自动化3.0。分子诊断自动化3.0时代概念的提出较好地解决了前述临床存在的突出问题，此外3.0时代的分子诊断自动化还具备显著优势，如通量大、重复性好、高效、封闭体系防污染、可实现精确的温控及复杂的预处理过程，同时对实验场地要求不苛刻等。基于此，我们尝试对分子诊断自动化3.0时代进行更加具体的阐述，基于现有政策和技术提出了2种可行的解决方案——即依托即时检测（point-of-caretesting，POCT）的分子检测自动化解决方案和依托流水线的分子检测自动化解决方案。

一、分子诊断自动化概述

分子诊断所涉及的检测项目在方法学上具有高灵敏度和特异性的优势，由此分子诊断在精准检测中扮演着重要角色，也成为当代“精准医学”发展的“引擎”之一。自动化是医学检验发展的趋势，对于临床分子诊断而言，其自动化程度更是制约其发展的重要因素［4,5］。近几年，国内分子诊断领域迎来了前所未有的黄金发展时期，随着患者对核酸检测认知的提升，磁珠法核酸提取等方法学的普及，样本开盖、提取、分液、扩增等环节分体仪器的逐渐成熟，分子诊断3.0时代自动化解决场景已经显露雏形［4，6］。相比于传统以手工为主的检测模式，分子诊断自动化解决方案在以下几个方面有一定优势。

1.简化操作流程，减少手工操作：由于在检测的样本预处理过程中，批量处理对于实验室操作人员而言枯燥单调，处理步骤复杂且标本种类多样，核酸提取过程常需精准的温控系统，污染的风险控制也是难题，这些对于手工法而言都是挑战。而自动化处理方案不仅可以大大降低处理难度，还可以降低污染的风险，避免了枯燥的批量手工操作，减少了值班人手，降低了人工成本，真正实现“样本进，结果出”，更容易做到检测全流程操作监测溯源。

2.降低实验室要求，空间占用灵活：自动化的解决方案代替大量组合式单机设备，如开盖机、提取仪、移液装置、分液装置、封板装置、甩板机和扩增仪等，可显著减少单机设备数量和类型。同时一体化设备的大量应用，提高了实验室空间利用率。在传统的三区分布设计中，实验室通常被划分为试剂准备区、样本制备区和扩增产物分析区，这是为了严格控制DNA或RNA的污染，保证扩增的准确性。但这种布局方式存在明显的空间限制，需要较大的实验室面积来容纳这3个区域，并确保各区之间的物理隔离。而单区一体式操作则通过引入先进的空气净化系统、自动化设备和严格的实验操作规范，有效地解决了污染问题，还降低了实验室的空间需求，提高了实验室的利用率和效率。这种单区一体式设计理念在基因扩增实验室以及其他对污染控制和空间利用要求较高的实验室中具有广阔的应用前景。

3.缩短周转时间，样本即来即做：大量微流控