癌症的早期诊断对于提高患者的生存率和治疗效果至关重要。然而，传统的癌症诊断方法，如组织活检和影像学检查，往往存在侵入性强、耗时长、难以早期发现等问题。近年来，液体活检作为一种非侵入性、高灵敏度的检测手段，逐渐成为癌症诊断领域的研究热点。液体活检的核心在于检测血液中的肿瘤标志物，其中外泌体微小RNA（miRNA）因其独特的生物学特性和丰富的病理信息，被认为是最有潜力的标志物之一。

外泌体是细胞分泌的纳米级囊泡，能够携带多种生物分子，包括miRNA。这些miRNA在肿瘤的发生、发展和转移中发挥着重要作用，并且由于外泌体的保护作用，其miRNA比自由循环的miRNA更加稳定，能够更好地反映肿瘤的分子特征，减少非肿瘤来源的背景干扰。然而，现有的miRNA检测技术，如实时定量PCR（qRT-PCR）和滚环扩增辅助CRISPR/Cas检测（RCA-CRISPR/Cas），虽然在灵敏度和特异性上有所提高，但大多需要复杂的操作流程、专业的实验室设备以及严格的温度控制，难以满足临床快速诊断的需求。

此外，外泌体的提取和纯化也是制约液体活检技术发展的关键因素之一。传统的外泌体分离方法，如超速离心和超滤，虽然能够有效分离外泌体，但操作复杂、耗时长，且容易引入杂质。因此，开发一种快速、高效、简便的外泌体miRNA检测技术，对于癌症的早期诊断和精准治疗具有重要的临床意义。

2025年7月，西安交通大学胡飞博士及其团队在Biosensors and Bioelectronics发表题为“Sample-in, result-out”liquid biopsy chip based on immunomagnetic separation and CRISPR detection for multiplex analysis of exosomal microRNAs”的研究性论文。该研究介绍了一种新型集成化微流控芯片，通过免疫磁分离和CRISPR/Cas13a技术实现了外泌体miRNA的快速、多重检测。该芯片在1小时内完成检测，具有高捕获效率和准确性，为癌症诊断提供了一种成本效益高的新工具。

图1 文献基本信息

为了实现从血液样本中快速、高效地检测外泌体微小RNA（miRNA），研究人员开发了一种基于免疫磁分离和CRISPR检测的“Sample-in, result-out”液体活检芯片。该芯片的设计分为两个关键部分：①外泌体的富集与纯化，②miRNA的检测。

首先，研究人员设计了一种基于CD63核酸适配体的免疫磁分离系统（IISA）。CD63是一种外泌体表面的标志性蛋白，通过特异性结合CD63，可以实现对外泌体的高效捕获。为了提高分离效率，研究人员结合了不可混溶过滤辅助表面张力（IFAST）技术，通过物理过滤去除血清中的杂质，同时利用气相混合辅助技术，增加外泌体与磁珠的接触面积，从而提高结合效率。实验结果显示，该芯片的外泌体捕获效率达到78%，回收率为55%，表明该系统能够有效富集外泌体并去除杂质。在检测部分，研究人员利用CRISPR/Cas13a系统直接检测与肝细胞癌（HCC）相关的7种miRNA靶标。Cas13a是一种RNA靶向的CRISPR系统，能够特异性识别并切割目标RNA，从而实现高灵敏度的miRNA检测。为了实现多靶标检测，研究人员设计了8个独立的检测室，每个检测室针对一种特定的miRNA。通过将富集后的外泌体裂解液分别加入检测室，利用Cas13a系统与目标miRNA结合并产生荧光信号，从而实现对多种miRNA的同时检测。整个检测过程可在芯片上1小时内完成，能够快速、准确地基于8种miRNA对外泌体进行分析。

图2 用于从血清中分离和检测外泌体的芯片示意图

研究人员通过一系列实验验证了该液体活检芯片的性能。首先，使用标准外泌体样本测试了芯片的捕获效率和纯度。实验结果显示，该芯片能够高效富集外泌体，捕获效率达到78%，回收率为55%。此外，通过透射电子显微镜（TEM）和纳米颗粒追踪分析（NTA）等技术，研究人员进一步确认了外泌体的纯度和完整性，表明该芯片能够有效去除血清中的杂质，同时保持外泌体的活性。在miRNA检测方面，研究人员使用含有已知浓度目标miRNA的合成样本测试了芯片的灵敏度和特异性。实验结果表明，该芯片能够检测到低至飞摩尔级别的miRNA，且检测结果与qRT-PCR等传统方法高度一致。此外，研究人员还通过临床样本验证了芯片的实际应用价值。他们从肝细胞癌患者和健康对照组中收集血清样本，利用该芯片检测与肝细胞癌相关的7种miRNA。结果显示，该芯片能够准确区分肝细胞癌患者和健康对照组，诊断准确率达到90%以上。

研究人员进一步分析了芯片的重复性和稳定性。通过多次重复实验，发现芯片的检测结果具有良好的重复性，变异系数小于10%。此外，芯片在不同批次之间也表现出稳定的性能，表明该技术具有良好的可重复性和可扩展性。总体而言，该“Sample-in, result-out”液体活检芯片结合了免疫磁分离和CRISPR检测技术，实现了从样本到结果的快速、高效、多靶标检测，为癌症的早期诊断和精准治疗提供了一种有力的工具。

该研究成功实现了“样本进，结果出”的外泌体miRNA多靶标检测，整个过程仅需1小时。通过免疫磁分离技术富集外泌体，并结合多靶标miRNA检测，显著提高了肝细胞癌的诊断准确性。这种芯片不仅操作简便、成本较低，还具有快速检测和诊断的潜力，为癌症的早期诊断和分期监测提供了一种有力工具。

这项研究为液体活检技术的发展提供了新的思路。其集成化的设计和快速检测能力，有望推动外泌体miRNA检测在临床中的广泛应用。未来，这种技术或许可以进一步拓展到其他疾病的诊断中，为精准医疗提供更强大的技术支持。

参考文献：

Niancai Peng, Xueqin Gao, Zhang Yong, et al. “Sample-in, result-out” liquid biopsy chip based on immunomagnetic separation and CRISPR detection for multiplex analysis of exosomal microRNAs. Biosensors and Bioelectronics 280 (2025) 117460. DOI:10.1016/j.bios.2025.117460.