综述：基于纸张的分析技术在即时输血检测中的应用与进展

《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Paper-Based Analytical Technologies for Point-of-Care Transfusion Testing: Applications and Advances

纸张基分析技术用于紧急血液 transfusion 快速检测，利用毛细管作用和可修饰表面实现低成本、无需设备的诊断，涵盖血型鉴定、凝血监测和感染标志物筛查，分析技术进展与挑战。

　　

作者：Ban Qinan | Yang Lan | Li Yuxuan | Zhan Linsheng | Wang Xiaohui

中国军事医学科学院，北京 100850

摘要

在紧急情况和资源有限的环境中，及时的输血依赖于快速可靠的诊断，而这正是传统实验室检测无法提供的。本文综述了基于纸张的分析技术在紧急输血检测中的作用。文章详细介绍了如何利用纸张的核心特性（如毛细管流动性和可修饰表面）来制造低成本、无需仪器且一次性的诊断设备。文章对这些技术在输血医学关键领域的应用进行了评估，包括快速智能的血型鉴定、血红蛋白定量、动态凝血功能监测以及感染生物标志物的筛查。同时，文章还强调了材料集成、微流控设计和基于智能手机的分析技术等方面的进步。综述总结了相关的商业仪器，指出了当前在灵敏度和标准化方面存在的问题，并提出了未来的发展方向。基于纸张的分析技术展示了在极端环境中为输血安全提供强大、便捷和智能诊断支持的巨大潜力。

引言

在战场、重大自然灾害现场和偏远地区等资源有限的环境中，严重出血是导致死亡的主要原因之一[1]。统计数据显示，在战斗中，高达90%的死亡发生在伤员到达医疗机构之前，其中绝大多数死于无法控制的出血[1]。及时安全的输血是挽救这些生命的关键干预措施。然而，传统的输血医学流程（包括血型鉴定、交叉配型和病原体筛查）严重依赖集中式的实验室设备和专业技术人员。这种依赖性使得它们完全无法满足紧急护理“黄金时间”原则所要求的严格时间窗口[2]。在这种情况下，快速获取关键血液学参数（如血型、凝血状态、感染标志物）对于指导紧急输血、防止溶血反应和避免输血传播感染至关重要。正是这种在极端环境中的未满足临床需求，推动了即时检测（POCT）技术的迫切发展。尽管存在多种POCT平台，但基于纸张的分析设备（PADs）因其极低的复杂性、低成本和一次性使用等特点，成为解决前线输血医学特定挑战的理想选择[3]。

POCT技术以其快速性、床边可用性、简单性和易于解释的特点，已成为战斗和灾难现场救援操作中不可或缺的工具。它们能够实时提供准确结果，帮助救援人员快速评估伤情并指导治疗决策[4]、[5]、[6]。

对于输血而言，理想的POCT设备不仅需要便携和快速，还需要能够处理复杂的全血样本，并在从基本血型鉴定到复杂的凝血检测等一系列关键测试中提供可靠的结果。基于纸张的分析技术起源于19世纪中期的尿液试纸[7]，现已逐步发展到能够满足这些多方面需求。在输血医学领域，这项技术已从最初的简单样本处理和基本检测功能发展到能够执行自主血浆分离、多重目标检测和定量分析等复杂功能。目前针对紧急输血护理的关键应用包括快速ABO/Rh血型鉴定、血红蛋白定量、凝血监测和败血症生物标志物筛查[8]。这些应用充分利用了基于纸张的平台的固有优势：无需外部电源、操作简单、成本低廉，且适用于资源匮乏的环境[9]、[10]、[11]。基于纸张的POCT平台的成功开发为极端环境中的输血安全提供了可靠的技术保障。其特性完全符合世界卫生组织为资源有限环境中的诊断设备提出的REASSURED标准（实时连接性、样本采集方便、价格合理、灵敏度高、特异性强、用户友好、快速可靠、无需设备、可直接提供给最终用户）[12]、[13]。

鉴于这一跨学科领域研究的快速进展，有必要对基于纸张的技术如何针对即时输血检测的独特挑战进行系统评估——这正是本文区别于其他关于基于纸张的诊断技术的综述之处。表面功能化和制造工艺的持续创新进一步扩展了这些应用的范围，并提升了性能。

本文专门探讨了基于纸张的分析技术在紧急输血医学中的应用进展。它系统地阐述了这一领域中的关键技术要素，首先详细讨论了与输血需求相关的核心组件（基底选择与修饰、流体控制、检测方法）。随后，本文对这些技术在紧急输血护理关键阶段的应用进行了评估，包括快速血型鉴定、凝血监测和感染标志物筛查。最后，文章提出了未来的发展方向，旨在为推动真正适用于紧急输血护理的即时检测技术的实施提供参考。

基于纸张的分析技术定义

基于纸张的分析技术是一类广泛的方法，它们利用多孔纤维素材料作为基底，利用其物理化学性质进行分析检测[14]。该技术的核心原理在于系统地利用纸张的毛细作用、可修饰表面和灵活性，将样本处理、目标识别和信号转导集成到一个简单的独立设备中[15]。该技术的应用范围非常广泛。

检测方法

在紧急输血的背景下，为基于纸张的设备选择合适的检测方法是决定临床信息质量的关键。这一选择涉及分析性能（灵敏度、特异性、定量准确性）与操作简便性（成本、速度、设备需求）之间的基本权衡。如表4所示，技术范围涵盖了从快速筛查工具到高级检测方法的各种选项。

血型鉴定

快速准确的血型鉴定是确保紧急输血治疗过程中患者安全的关键步骤。在已知的40多种人类血型系统中，ABO和Rh系统具有最重要的临床意义[70]、[71]、[72]。ABO不相容会导致立即发生的急性溶血反应，而Rh系统中高度免疫原性的D抗原不匹配可能导致胎儿和新生儿的延迟溶血反应或溶血性疾病[72]。

挑战与未来展望

尽管基于纸张的分析技术在输血医学中显示出巨大的应用潜力，但其在临床实践中的广泛应用仍面临许多技术瓶颈和限制。主要挑战在于如何平衡和提升检测性能：复杂全血样本中的基质干扰和非特异性吸附现象阻碍了低丰度标志物（如早期感染标志物）的灵敏度和特异性的提高。

作者贡献声明

李玉轩：撰写与编辑。 王晓辉：监督、资源协调及概念构思。 詹林生：撰写与编辑、监督及资金争取。 杨岚：初稿撰写。 班秦南：撰写与编辑、可视化制作。

利益冲突声明

“作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。”