酶联免疫吸附测定（ELISA）技术因其高特异性和敏感性而被广泛用于生物样本中抗原和生物标志物的定量分析，其灵敏度通过酶信号放大得到进一步提升。然而，传统的微孔板ELISA方法耗时较长，需要专业操作人员，并且依赖于设备齐全的实验室条件。
为克服扩散限制并加速免疫测定过程，可以在样本中加入微珠作为异质相。这种方法显著缩短了分析时间[1][2][3]。微珠具有较大的表面积与体积比，并可通过功能化处理与抗体结合以高效捕获抗原。ELISA的自动化及其集成到封闭式微流控系统中至关重要，从而实现样本注入后无需人工操作即可完成整个分析过程[4][5]。重要的是，流程加速和自动化必须同时保证检测结果的可靠性和准确性。
微珠上的免疫复合物形成及其后续分析可通过微流控技术实现微型化和优化[6][7][8]。微流控系统通常包含储液器和毛细管，以及精确调节液体流动、混合和分离的泵和阀门。这些系统可与检测设备和分析软件无缝集成，提供定量结果[9][10]。通过完全自动化分析流程（从样本制备到最终定量），这类紧凑型系统被称为“芯片实验室”设备。
微流控诊断设备相比传统ELISA系统具有多项优势：首先，其封闭式试剂盒设计减少了样本与外部环境的接触，降低了污染风险[11][12][13]；其次，芯片/试剂盒的材料选择及其紧凑尺寸显著减少了样本和试剂的用量，有望降低检测成本并促进在医疗机构的广泛应用。
基于磁珠的酶联免疫测定是一个复杂的多阶段过程，在微流控系统中的实现面临诸多挑战，包括精确的流体控制、试剂分配、防止交叉混合和污染、有效去除未结合成分以及消除无效体积等问题。这些因素都会影响检测结果的可靠性和重复性[14]。微流控系统中的一个关键技术挑战是微通道和反应室中气泡的形成[15]，气泡可能导致剂量误差、干扰受控流速并阻碍免疫复合物的形成。尽管提出了多种消除气泡的方法[15][16]，但大多数实际应用仍需人工检查，这限制了其在临床诊断中的使用。
自动化的另一个关键环节是流体处理，通常通过微流控阀门系统实现。然而，大多数阀门配置不适合大规模生产一次性试剂盒。多位置旋转阀似乎是大规模生产的首选设计。
文献中描述了多种阀门设计[17][18][19][20]——从用于核酸检测的简单手动旋转阀[19]到复杂的自动化多位置分配阀[20][21]。例如，在[19]中，手动阀门旋转控制DNA提取和LAMP扩增所需的流体路径，但这类系统的定位精度有限且需要用户干预，不适合完全自动化的免疫测定。
计算机控制阀门的系统进一步推动了自动化的发展，例如用于SARS-CoV-2检测的3D打印平台[20]。不过，这些解决方案主要针对核酸扩增任务，可能无法满足多阶段免疫测定的特定需求。Li等人描述的平台[21]使用伺服电机驱动的旋转阀，实现了便携式免疫测定系统的开发。尽管这些系统实现了高度自动化，但其基于单一中心阀门的架构在保证高效分离具有强反应性的试剂（如酶底物和抗体-酶结合物）方面存在挑战，这对定量分析的重复性至关重要。
尽管科学界对基于试剂盒的检测方法表现出浓厚兴趣，但实际上市的销售产品数量仍有限[18][22]。据我们所知，Ella?系统（Bio-Techne，美国）是目前唯一能够实现多种蛋白质标志物全自动定量检测的商业化试剂盒平台[22][23][24][25][26]。虽然Ella?平台在自动化方面表现出色，但由于成本较高、分析时间较长以及封闭式架构限制了灵活性，其普及程度有限。因此，仍存在对经济实惠、快速且可靠的微流控系统的需求，这些系统应具备高度自动化能力，并能确保整个分析过程的稳定流体处理。
为解决这些挑战，本研究开发了一种基于两个协调工作的旋转阀的新系统，专为基于磁珠的ELISA试剂盒设计。真空驱动的流体控制系统有效防止了气泡形成，两个独立阀门的架构确保了检测各阶段试剂和废液的严格分离，这对于获得可重复的定量结果至关重要。
本文介绍了一种基于微粒的ELISA检测装置，该装置结合了创新的技术和方法论，显著提升了分析效果。通过使用磁性微珠作为免疫复合物形成的异质相，系统克服了传统平面表面检测方法的扩散限制和定量局限性。过滤机制确保形成的免疫复合物得到均匀清洗，有效去除了可能捕获未结合成分的无效体积。此外，用牛血清白蛋白-表面活性剂溶液对膜和反应室进行预处理，大幅减少了试剂盒内的非特异性相互作用。该平台通过三项关键设计创新解决了微流控设备中气泡形成的问题：特殊设计的反应室几何结构、新型旋转阀配置以及耐气泡干扰的真空驱动流体处理系统，同时保持精确的流体控制。
该平台采用开放式架构，一次性试剂盒作为通用微流控处理器，检测特异性由用户提供的免疫试剂决定：固定在磁性微珠上的捕获抗体和酶标记的检测抗体结合物。所有步骤——流体控制、孵育、清洗和电化学检测——均由软件控制，与目标分析物无关。因此，同一仪器可快速重新配置以执行任何夹心格式的免疫测定，从而检测多种蛋白质生物标志物。
开发的生物分析平台使用脑利钠肽N端前体（NT-proBNP）作为临床相关且易于获取的模型分析物进行了验证。NT-proBNP是诊断心力衰竭的生物标志物，临床诊断的临界值通常为<0.125–0.3 ng/mL，而>0.45–0.9 ng/mL的水平支持诊断，更高浓度提示疾病更严重和预后风险更高[27]。本研究在鲍曼市第29临床医院的心脏病学部门患者血清样本中建立了电化学信号强度与NT-proBNP浓度之间的相关性。使用集成试剂盒，NT-proBNP的检测限确定为0.720 ng/mL，整个分析过程仅需25分钟。
