宏虹分享｜微流控免疫檢測技術解析：結合 Elveflow 微流體控制平台，實現自動化、高整合與高靈敏電化學感測應用
一、引言
免疫檢測作為現代診斷的重要基礎，廣泛應用於臨床檢測、環境監測與食品安全領域。傳統方法雖具備良好的可靠性，但往往仰賴繁複的人工操作與大量試劑消耗，難以滿足快速、連續與現場檢測的需求。
Alexander Ecke、Jérémy Bell 與 Rudolf J. Schneider 團隊於《Sensors and Diagnostics》發表研究，展示一種創新的三維微流控流動單元，顯著提升 HRP/TMB 免疫分析中電化學底物的檢測效能。此研究不僅推進免疫檢測技術在靈敏度與系統整合上的發展，也為診斷工具朝向微型化與自動化提供可行路徑。
二、技術瓶頸
傳統免疫檢測的限制
免疫檢測憑藉高特異性與高靈敏度，已成為生物標記檢測的重要標準方法。此技術透過抗體與目標分析物之間的專一性結合，並利用酵素標記產生可量測訊號。
然而，傳統免疫檢測通常需經過多步驟人工操作，包括樣品製備、孵育、清洗與訊號讀取，流程不但耗時，也容易有人為誤差。近年隨著市場對快速、可攜與低成本檢測需求增加，適用於移動式、自主化與持續監測的免疫感測器逐漸成為研究焦點。這項轉變最大的挑戰，在於如何將複雜的免疫檢測流程穩定且無縫整合至緊湊型平台之中。
微流控技術因能精準控制微量流體、整合多種功能模組並實現自動化操作，被視為理想解決方案。本研究以雙氯芬酸（Diclofenac）檢測作為模型，目標是將基於辣根過氧化酶（HRP）與四甲基聯苯胺（TMB）的經典酵素連結免疫吸附分析法（ELISA），轉換為自動化、連續式微流控檢測系統。
三、宏虹 Elveflow 解決方案
01 第一階段：樣品競爭反應
將含有目標分析物（雙氯芬酸）的樣品、HRP 標記抗體，以及包覆雙氯芬酸的磁性微粒進行混合。樣品中的雙氯芬酸會與磁性微粒上的雙氯芬酸競爭有限數量的 HRP 標記抗體。
因此，樣品中雙氯芬酸濃度越高，與磁性微粒結合的 HRP 標記抗體數量越少。此步驟為整體流程中關鍵的特異性辨識階段。
02 第二階段：酵素訊號轉換
透過磁性分離將磁性微粒自溶液中分離，並清除未結合成分。接著，與微粒結合的 HRP 酵素於過氧化氫存在下催化底物 TMB 氧化。
氧化後的 TMB 在電極表面具備電化學活性。值得注意的是，HRP 酵素於反應過程中不會被消耗，可持續催化多個 TMB 分子，以達到訊號放大效果，進一步提升檢測靈敏度。
03 第三階段：電化學定量檢測
將含氧化型 TMB 的溶液導入客製化微流控晶片中，並於晶片內的絲網印刷電極（SPE）施加固定電位，透過計時安培法量測氧化型 TMB 還原時所產生的電流。
此電流訊號可間接反映初始與抗體結合的 HRP 酵素含量，因此與樣品中雙氯芬酸濃度呈反比關係。此步驟為整體系統的核心檢測機制，可實現訊號的精準且快速量化。
四、技術導入：Elveflow 微流控平台建置
宏虹 Elveflow 協助打造智慧流體與檢測平台
為實現上述檢測流程的自動化與高精度控制，研究團隊建置了一套高度整合的宏虹 Elveflow 系統，其核心由精密流體控制模組與高靈敏電化學檢測模組組成。
實驗架構：
A－搭載 ESI 軟體之控制單元
B－壓力源
C－OB1 流量控制器
D－儲液槽
E－12/1 定向閥
F－三通閥
G－流量穩定器
H－MFS 流量感測器
I－氣泡消除器
J－法拉第籠
K－電位儀
L－搭載 SPE 的微流控晶片
M－廢液收集槽
N－多工控制器
O－歧管
01 流體控制系統
- 宏虹 Elveflow OB1 壓力控制器：系統核心，提供 0–2000 mbar 穩定壓力來源，驅動流體於整體管路中穩定流動。
- 宏虹 Elveflow MUX Distribution 12/1 多路分配閥：支援最多 12 組樣品或試劑依序自動進樣，大幅提升高通量篩選能力。
- 宏虹 Elveflow 三通閥：可快速切換流路，實現高效率管路沖洗與系統準備。
- MFS 系列微流量感測器：與壓力控制器形成閉環控制，確保流速穩定與高精度控制，是取得高重複性電化學訊號的重要關鍵。
OB1 壓力控制器：1 至 4 通道壓力與真空微流體控制系統
02 檢測與輔助模組
客製化三維微流控晶片整合絲網印刷電極（SPE），並嵌入以 PDMS 製成的流動池中形成完整檢測單元。電化學量測由微型恆電位儀完成。
整體檢測模組置於法拉第籠內，有效隔絕外部電磁干擾，確保微弱電流訊號穩定擷取。
此外，系統亦整合專門設計之氣泡捕捉器，可自動移除流體中可能影響流動與量測結果的微小氣泡，提升長時間運作穩定性。
整體系統透過宏虹 Elveflow ESI 軟體進行集中控制與流程編程，實現從樣品注入、反應、檢測至清洗的全流程自動化。
五、結語
本研究成功展示一套完整整合式微流控系統，可實現免疫檢測中常用底物 TMB 的自動化與連續式分析。
透過整合宏虹 Elveflow 高效能流體控制模組、客製化 3D 微流控晶片與高靈敏電化學檢測設備，系統成功推動傳統實驗室免疫檢測向小型化、自動化免疫感測器邁進。
此研究的價值不僅在於技術指標提升——將檢測時間縮短至 30 秒、訊噪比提升至 60，更提出一套具備高度可擴展性的整合架構。研究成果證明，多步驟生物檢測流程可有效整合至微流控平台，並為未來其他分析物的免疫感測器開發提供通用技術基礎。
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