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交叉学科引领检验医学步入多元化新时代!
交叉科学是非常有前途,非常广阔而又重要的科学领域
——钱学森
多学科交叉融合是信息技术发展的关键
——姚期智
在2020年8月份结束的全国研究生教育会议中,我国将新增交叉
学科作为新的学科门类,交叉学科将成为我国第14个学科门类。但这
并不是交叉学科的起点,而仅仅是近几十年以来科学突破与创新成果
的一个重要里程碑。据相关统计,最近25年交叉研究获得的诺贝尔奖
的比例为49.07%。
针对免疫学所需要解决的人类重大疾病的机制与诊疗新策略的核
心任务与所需手段,实质性的开展免疫学与化学、力学、光学、信息
学、材料科学、微生物学、结构生物学、干细胞生物学、肿瘤学等相
关学科的交叉研究具有重要的战略意义。
免疫学发展历程
21世纪被称作“生命科学的世纪”。免疫学是人类在与传染病斗
争中逐步发展起来的,在经历了经验免疫学、科学免疫学以及现代免
疫学时期后,已成为发展最快且令人振奋的前沿学科之一。免疫学始
终保持快速发展和相对领先优势,除了生命科学众多学科对免疫研究
技术的改进,同时还得益于免疫学与结构生物学、临床医学、示踪技
术、材料科学、生物物理学等学科的交互促进。
其中示踪技术、材料科学与免疫学科的交叉和联合作用,近年来
不断得到凸显。最具代表性的就是免疫检测技术的发展:放射免疫技
术、金免疫技术、酶免疫技术、免疫荧光技术、化学发光技术,交叉
科学使得免疫检测技术不断发展,以帮助临床工作者得到更高的特异
性和敏感性为目标,同时对于结果判读也从定性向定量、定位等高精
度发展。
免疫检测原理发展历程
免疫检测原理是基于抗原、抗体以及抗原抗体特异性结合后出现
的现象的基础,利用同位素、酶、化学发光物质等对检测信号进行放
大和显示。临床免疫检测技术的出现最早可追溯到19世纪末,1896
年Widal利用凝集现象诊断伤寒病的肥达实验(Widaltest),1902
年Ascoli根据沉淀现象建立了环状沉淀实验。这些经典的免疫测定技
术几乎不需要特殊的仪器设备,但局限性非常明显,如灵敏度低,基
本上都是定性测定。在19世纪50年代末60年代初,Yalow发明了高
灵敏(相对那个时代而言)的定量检测技术放射免疫实验(RIA)之后,
得益于示踪技术、材料科学、免疫学等交叉科学的研究与应用,现代
免疫检测技术插上了腾飞的翅膀。
常见的免疫技术及发展趋势如下:
免疫检测技术革新
进入21世纪后,分子生物学、化学修饰、示踪技术以及材料科学
等学科的科技创新,开创了多元免疫分析时代,多元免疫分析方法拥
有较传统免疫分析更独特的优势:可一次性对多个待分析物进行检测,
有效降低采样误差,通量更高、灵敏度更高、检测下限浓度更低,同
时极大的降低了分析成本。多元免疫分析方法中比较突出的有生物芯
片技术、微流控检测等技术。
在电子技术和生物技术携手发展基础之上,诞生了生物芯片技术,
这将给我们的生活带来一场深刻的变革。生物芯片技术最早是在二十
世纪八十年代初提出的,主要是指通过微加工技术和微电子技术在固
格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、
DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。进入二十世
纪九十年代,人类基因组计划(HGP)和分子生物学相关学科的发展
对生物芯片技术的发展提供了有利条件,从2000年开始,我国投入大
量资金,在北京、上海、西安、天津、南京成立五个生物芯片研发基
地。现在已经可以实现通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在
硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列。据分析机构数
据显示:2019年生物芯片市场规模达到45.1亿元,并以超过20%的
速度增长。
微流控检测技术是一种精确控制和操控微尺度流体,以在微纳米
尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术,涉及了工程学、
物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科,具有将生物、
化学等实验室的基本功能如样本制备、反应、分离和检测等微缩到一
个几平方厘米芯片上的能力,是新一代床旁诊断(POCT)主流技术,
可直接在被检对象身边提供快捷、高效、准确的生化指标、免疫指标
以及分子指标。
微流控检测技术的核心在于“控”,控制微流体的流量、流动方
向
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