慢性肾病（CKD）是一种以肾功能逐渐丧失为特征的全球性健康危机，影响超过8亿人，其中390万人需要肾脏替代治疗。早期诊断对于防止CKD进展至晚期肾病、肾衰竭、心血管疾病和死亡至关重要。目前CKD诊断主要基于估算的肾小球滤过率（eGFR），通常通过血清肌酐计算得出。然而，血清肌酐受年龄、性别、种族、肌肉质量和营养状况等多种非肾脏因素影响，限制了其准确性。相比之下，血清胱抑素C（CYS-C）作为eGFR估算的生物标志物具有更可靠和敏感的优势。CYS-C由所有有核细胞产生，水平稳定，受非肾脏因素影响较小，在危重患者中预测长期死亡率优于肌酐，并与心血管疾病进展和阿尔茨海默病等神经退行性疾病相关。

尽管CYS-C具有重要临床价值，但其检测目前仍主要局限于实验室环境。ELISA、放射免疫分析、免疫比浊法、荧光分析和质谱等技术虽然准确，但需要专业人员、专用仪器、昂贵试剂和耗时的工作流程，这些限制阻碍了CYS-C检测在初级保健或资源有限环境中的广泛应用。床旁检测（PoC）为支持早期诊断和管理提供了宝贵机会，但临床上尚无可用的CYS-C PoC工具。微流控技术为PoC诊断应用提供了有前景的解决方案，其中纸基和聚二甲基硅氧烷（PDMS）基芯片是两类常见的微流控设备。本研究旨在开发和比较这两种微流控方法，为CYS-C的PoC定量检测提供实用解决方案，解决当前CKD诊断中的技术空白。

研究内容

图1. CYS-C浊度免疫测定芯片示意图。

芯片采用干膜光刻技术制作母模，每个测试单元包含进样口、观察窗（OW）、液压电阻器和废液出口。观察窗设计为透镜形状以减少流速变化，液压电阻器确保20分钟内流动稳定。PDMS材料具有优异的光学透明度，利于比浊测量。通过相位对比成像确认了CYS-C浓度增加时微粒聚集效果，但成像方法无法定量测量。通过优化试剂混合比例（R1:R2从3:1改为2:1）并引入初始参考信号校准，实现了0-8 mg/L的线性检测范围（R²=0.9909），为PoC应用奠定了基础。

图2. 用于浊度免疫测定芯片的紧凑浊度计。

为实现PoC检测，开发了紧凑型浊度计原型，替代大型显微镜设置。该装置采用蓝色LED光源和45°角光纤探头测量侧向散射光强度，使用黑色ABS框架减少杂散光。通过测量全宽半最大值（FWHM）积分光强度，芯片检测限达0.07 mg/L，上限超过4 mg/L，覆盖临床相关范围。虽然当前协议满足PoC操作的简便性和快速性要求，但校准曲线呈非线性，需进一步优化以提高预测准确性。干扰测试显示肌酐添加对CYS-C样品检测影响较小。

图3. 纸基微流控CYS-C免疫分析芯片示意图及技术性能表征。

为开发更PoC就绪的CYS-C检测方法，设计了纸基微流控侧向流动免疫分析（LFIA）芯片。初始双通道设计线性范围达8 mg/L，检测限0.64 mg/L。为降低检测限并解决血清基质干扰，优化为锥形通道设计，减少T点入口流量以提高抗原捕获效率。该设计结合电场辅助抗体加载协议，显著增强低浓度信号，检测限降至0.0033 mg/L，线性范围达0.06 mg/L，允许样品稀释高达300倍，有效解决基质效应问题。

图4. 采用Bland-Altman （B-A）分析法对24例CKD临床样本的CYS-C芯片检测结果与参考结果进行比较。

本研究成功开发了两种互补的微流控解决方案用于CYS-C的PoC定量检测：PDMS基免疫比浊芯片和纸基侧向流动免疫分析芯片。两种芯片均满足CKD临床检测范围和要求，并分别与定制便携式读数器集成，形成完整的PoC测试原型。临床样本验证表明，两种芯片测试结果与传统板式免疫比浊法具有良好一致性，纸芯片在基于eGFR范围的CKD分期预测中表现出更高准确性。这些集成微流控检测方法为CKD的分散式PoC诊断提供了实用解决方案，在成本、操作简便性和便携性方面优于现有方法。比浊芯片检测限0.07 mg/L，纸芯片检测限达0.0033 mg/L，均覆盖临床相关范围。未来通过改进光源强度、优化试剂混合比例和实现芯片上样品稀释等功能，有望进一步提升检测性能。该技术不仅适用于CYS-C检测，还可扩展到其他生物标志物如尿 albumin，为慢性肾病筛查和管理提供创新工具。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138880