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（Widal test），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、速度等。正如前文所说的实验过程中样本制备、反应、分离和检测通过微流控技术来实现，那检测芯片必须拥有多种样本（或试剂）的控制能力。
 
以下是深圳理邦的磁敏免疫检测平台，在这个结构中共有三个线性微流体泵，以步进电机为驱动设置，分别对三种试剂进行控制，取代了自动化机械臂、反应池、搅拌棒等液路处理系统。同时可以避免因样本组分或黏稠度不同而对流速、流量的干扰，内置了清洗液，将反应空间及抗原抗体复合物进行彻底、有效的冲洗，消除非特异性抗原或抗体，最大限度消除反应底物对检测结果的影响。此平台可以针对不同的检测项目（心肌标志物、炎症标志物）进行不同项目的组合检测，大大提高了检测的效率，降低了多次检测的成本。
 
 
磁敏免疫技术是基于巨磁阻芯片的免疫检测技术。巨磁阻芯片是采用掩膜光刻，离子溅射，电化学淀积等半导体工艺制造，在单晶硅的表面形成铁磁薄层材料和非铁磁薄层材料交替叠合的多层纳米结构的芯片。一张4英寸的单晶硅晶圆可以制造出1500多张的具备20个检测单元的巨磁阻芯片。
 
该芯片内部电阻率会随着外部磁场强度微弱变化而呈现显著改变，因此对磁性信号感应非常灵敏且准确。最早的，巨磁阻芯片应用于磁盘和存储领域，随着生物工程技术的发展，逐步应用于生物传感器领域，发展为巨磁阻生物芯片，为生物标志物检测提供一项全新的，高灵敏的检测技术。磁敏免疫技术，以超顺磁纳米磁珠作为信号标签，有别于以胶体金、荧光基团、化学发光基团等为信号标签的光学检测免疫技术，可以有效避免样本颜色浊度或者清洗不彻底等光学干扰，极大提升了检测的准确度。
 
交叉学科的应用催生出新时代的免疫检测解决方案
 
多学科交叉融合，创造新的技术，新的技术又促进更多的学科进行融合。科研工作者以及临床工作者共同将新的技术应用到医学一线，不断改进，不断升级，为提高诊断效率、降低病死率、节约诊断费用做出不断的努力。而验证新技术的实用性、准确性需要更加客观、更加严谨、更加系统的工作，而不是简单的喊个口号、蹭个热点、创造一个话题那么简单。
 
近期，笔者在中国核心杂志《标记免疫分析与临床》2020年10月第27卷第10期.1745-49，看到一份《磁敏免疫法与化学发光法检测心肌肌钙蛋白I方法与性能比较》的文章，在中国医学科学院北京协和医院检验科，用进口大型化学发光检测肌钙蛋白I的样本102例，用理邦m16进行检测，比较两个检测系统结果的相关性和一致性，结果如下：
 


（点击图片即可放大观看）
 
两者相关系统r为0.9959，阴阳性符合率为100%，这在POCT诊断的江湖混战中，不能不说这是一股清流，给浮躁的功利主义者树立一个典范。据深圳理邦公司人员介绍，目前磁敏免疫检测平台增加了六通道的设备型号，测试卡检测时间缩短为9分钟，检测速度达到270项目/小时，相当于一台大型全自动化学发光检测设备的处理能力。
 
正如钱学森院士所言：交叉科学是非常有前途，非常广阔而又重要的科学领域。在免疫学领域，还有许许多多的学科交叉的技术创新，如量子点、纳米磁微粒化学发光、单分子荧光检测等，并且向着时间短、自动化、简便化等方向发展，希望能有越来越多的先进技术与先进设备来提高我国综合医疗水平，造就“中国芯”。
 
 
【参考文献】
1、 交叉科学：理论和研究的展望——钱学森《中国机械工程》
2、 多学科交叉融合是信息技术发展的关键——姚期智《科学时报》
3、 跨学科研究引论——金吾伦
4、 免疫学相关的交叉学科前沿与发展趋势——王璞玥
5、 临床免疫学检验技术——李金明，刘辉
6、 中国生物芯片行业发展前景与投资战略规划分析报告——前瞻产业研究院
7、 从层析荧光到微流控生物芯片-现场快速检验（POCT）技术——单万水《中国医疗器械信息》
8、 磁敏免疫法与化学发光法检测心肌肌钙蛋白I方法与性能比较——侯立安, 《标记免疫分析与临床》，2020年10月第27卷第10期.1745-49