ㄧ、微流體技術於傳染病檢測之特性、優勢與類型
快速且精準的辨識會透過空氣、水、食物或是體液傳播的致病性病原體，不只能夠及時干預讓患者獲得更好的治療效果，也能夠控制並管理感染發生，避免經濟損失。傳統的傳染性病原體診斷方法大部份需要專業的人員操作，也有其他還需要克服的問題。以核酸檢測為例，雖然具有高準確性、靈敏度與短的整備時間(相較顯微鏡與培養法)，但其檢測時間長，且價格昂貴。而免疫分析法雖然快速且符合經濟效益，但精準度較低。
將微流體技術與傳染性疾病檢測整合，能夠將樣品製備、純化、反應與偵測整合到單一平台，可精準地控制測試條件並能夠減少操作步驟，縮短獲得結果的時間。另外，微流體亦具有其他優勢，包括: 並行的微流道設計可提升檢測通量並可進行多重感測；微流體裝置所需的樣品與試劑非常微量，能降低單一檢測成本；若與實驗室晶片(Lab-on-Chip)整合，其較小的尺寸適合設計為可攜式裝置。

微流體技術依照其設計可分為三個種類，分別為: 連續性微流體 (Continuous flow microfluidics)、液珠式微流體 (Droplet microfluidics)與開放式微流體 (Open microfluidics)。 核酸與蛋白質檢測中使用最多的是連續性微流體。均勻的混和物液體在穩定的狀態下通過微流道。而這個微流道可以是蛇行、螺旋形、振盪式或是直線形。這種微流體技術的優點在於能自動化、高通量、易於設計與實行且能控制試劑的反應與擴散。但其可塑性與重構性較低，通過流道的試劑也有可能殘留於流道壁上。
液珠式微流體是主要被使用於核酸擴增反應。其設計是能夠將液體分散為微小液珠，形成一個微環境或是一個微小的生物反應器，這種設計能減少試劑的損失並達到更精準的反應控制。液珠式微流體的優點除了能自動化與進行高通量檢測外，其設計在於適合進行單一細胞的分析並擁有非常低的檢測極限。但相對地設計與製造較困難且昂貴，也受限於長時間操作下液珠的穩定度及液珠之間的相互干擾。
開放式微流體與其他微流體設計差別在於其缺少了一個邊界，因此流體是從空中直接滴入流道中，流體的流動是透過毛細現象。紙流道 (Paperfluidics)與纖維微流道 (Fabric-based microfluidics) 都是開放式微流體平台，常被用於以蛋白質檢測。這種開放式設計可以降低氣泡對系統造成的風險，且價格便宜也相對容易生產，因此利於推動發展。然而在此系統中流體的流動緩慢，且因開放式環境，試劑與樣品皆有可能在過程中蒸發或受汙染。

二、微流體傳染病診斷平台技術類型

(一) 微流體核酸檢測技術 (Microfluidic Nucleic Acid Testing)
微流體核酸檢測技術被設計為能夠精準控制樣品的純化、溫度與流速，目的為擴增待測物的核酸以辨識病原體，通常為連續式與液珠式微流體。這種技術最常見的方式為可拋棄式的微流體卡匣配合一桌上型的檢測儀器。技術研發著重於微流道與核酸增值反應的設計，以減少偵測極限與整備時間。樣品製備、核酸擴增與檢測被整合於一個平台，增加檢測的速度與降低製造成本，操作上也相對簡易。然而這項技術的靈敏度會受限於樣品使否經過純化或稀釋，且多數平台僅能呈現定性結果。

(二) 微流體免疫分析技術 (Microfluidic Immunoassay)
微流體免疫分析技術能夠定點照護(point-of-care)或是能就近快速地評估病患的感染症。透過在微流道中的抗體/抗原辨識目標病原體，並使用電場、磁場或光學的方式來偵測。此項技術也能將樣品置備、免疫結合反應與偵測整合於單一晶片，能減少試劑的使用，因此能降低單一檢測成本。目前市面上的主要參與者的研發目標著重於優化檢測靈敏度與專一性並達到如實驗室品質的診斷準確率。而現在學術單位也著手於黴菌與寄生蟲的檢測。這項技術不需要太複雜的操作與龐大的儀器，也能實現自動化、高通量與多重感測。而此項技術面臨的挑戰在於靈敏度，改進抗體的固定化(immobilization)可能有助於提升靈敏度。另外則是裝置若無外部電源，微流體與精準度將會難以操控。

(三) 微流體式交流電動力學技術 (Microfluidics-based Electrokinetic Manipulation)
微流體式交流電動力學技術能夠透過電動力學(如電滲、介電泳與電旋轉等)辨識病原體細胞的特徵。不同種類或是尺寸的目標細胞能在適當的介質與電場中被分離與偵測。此外，此項技術能透過微流道中的電極，在檢測進行前將少量的待測物萃取並濃縮至晶片上，過程中不需要將待測物進行標記。然而需要額外的電源，且電極產生的熱可能會形成氣泡或導致待測細胞的死亡。此項技術目前還在發展中，包含成本效益改善、技術整合與操作優化。

(四) 以微流體技術為基礎之分子特徵測定 (Microfluidics-enabled Molecular Signature Detection)
以微流體技術為基礎之分子特徵測定係指將微流道與小型的質譜儀結合，以辨識病原體的分子特徵。現在學界與研究機構正在尋找能夠置備樣品與集中目標物的微流體設計用於質譜儀，微流體裝置與質譜儀的整合也正在研究中。這種以質譜儀為診斷手法的技術可以偵測更大範圍的病原體，微流體也可將待測物集中，進而提升質譜儀的分析效率。而此技術目前面臨的挑戰是將微流體裝置安裝或整合在質譜儀的源頭，且電噴灑的不穩定性與液滴凝聚也是此技術常見的挑戰，此外檢測結果也需要專業人員進行解讀。

(五) 微流體式機械特性分析 (Microfluidics-based Mechanical Characterization)
不同的細胞由於物理特徵不同(如大小、形狀、變形性)，在液體中有著獨特的動力學特性，如液體流變學(rheology)、彈性、慣性等。因此，利用微流體能夠藉此特性將目標細胞做分離以及濃縮。濃縮的樣品除了能用於診斷，也能應用於生物指標的分析或其他生物學相關評估。這項技術目前正著重於了解單一細胞在微環境中的動力學，以便對裝置中的細胞進行聚集與分類。目前也正在利用人工智慧與機器學習開發能透過觀察微流道中細胞的動態直接進行診斷的技術。這種技術能過不用透過標記就將樣品中的目標物集中濃縮，因此更適用於臨床檢體，也能將目標細胞的完整性保留下來，提高診斷的準確性。然而這種微流體為了能讓目標病原體保有高純度，需要非常複雜的設計，因此增加了製造的成本。且目標細胞的分離需要進行稀釋，這對原本就很少量的樣品來說會是一大挑戰。


三、創新產品案例
(一) LexaGene—自動化且開放式的多重病原體核酸感測技術
LexaGene的產品MiQLab是一定點照護、自動化且開放式的流道式PCR系統。MiQLab使用可拋棄式的微流體卡匣並整合樣品製備功能，系統能自行混和試劑完成核酸擴增反應，讓流程縮短為從注入樣品與獲得結果，系統在單次檢測中至多能同時進行27種病原體的檢測，整個過程僅需1-2小時。而開放式的特性，能讓操作者自行設定參數，增加其應用性。僅須透過調整試劑內的引子就能快速的檢測各種新出現的標的物，例如各種SARS-CoV2的突變型。除了臨床上的應用，此系統也能應用於獸醫診斷、食物安全檢測、生物威脅檢測或是抗藥性檢測等。

(二) Nanōmix—多工且多種模式的免疫分析平台
Nanōmix的Nanōmix eLab系統是一手持的免疫分析與化學診斷平台。此手持裝置與微流體卡匣之間除了有電子接口用以讀取數據之外，還有氣壓接口能控制微流道中液體流動的閥門、溫度等。整個平台裝置被設計用於定點照護，供醫護人員或其他照護人員在醫院中移動使用，能監測敗血症與COVID-19感染等，能在10-15分鐘內獲得結果以即時預防與治療。此系統也能在單一檢測中同時檢測多種病原體，除了上述兩種檢測外，能還檢測心血管疾病、急性腎衰竭、菌血症或是中風等，多重感測的設計也能降低病患的測試費用。Nanōmix eLab系統目前已獲得歐洲EMA許可，並正在申請美國FDA的緊急使用授權 (EUA)。

(三) Biological Dynamics—用以分離與檢測目標待測物的交流電動式濾波器(AC electrokinetic filter)與微電極陣列(Microelectrode array)
Biological Dynamics的Virita平台是透過特定的電壓/頻率演算法與微陣列幾何結構產生交流電動式濾波器，能夠驅離目標以外的細胞與生化分子，並吸引待測物集中，而後透過數位螢光顯微鏡進行檢測。除了可用以血清外，也能用於檢測全血或是血漿中的目標物。此平台特色在於能一步獲得結果，不須樣品前處理，也不需大量樣品體積，操作過程時間短，因此非常適合應用於定點照護。此系統目前還在臨床階段，除了目前致力於的肺結核檢測外，Biological Dynamics近期也將目標放在癌症、神經與其他傳染性疾病的檢測。

(四) 瑞典皇家理工學院 (KTH Royal Institute of Technology)—裡用彈性-慣性微流體分離細菌
瑞典皇家理工學院的研究團隊利用矩形微流道與黏彈性流體(viscoelastic fluid)的特性，將尺寸較大的血球細胞集中於矩形的微流道中心，而尺寸較小的細菌則會維持於微流道周邊，因此可將細菌與細胞從全血中分離。這個裝置能夠作為樣品製備的平台，並可與下游的分析儀器整合，進行進一步的生化分析。目前使技術仍在研究開發階段。

四、結語
除了文中所提及的技術類型外，Frost & Sullivan亦建議傳染性疾病診斷業者們能將為流體技術與恆溫環形核酸擴增法(Loop-mediated Isothermal Amplification Platforms，LAMP)技術結合，開發其他種傳染性疾病的診斷方式。另外根據WHO，抗生素耐藥性已經成為前10大的健康威脅之一，微生物中的抗生素抗藥性基因正在增加，尤其在COVID-19大流行後更甚。因此，以微流體技術為基礎的的藥物敏感性試驗平台將是值得發展之技術項目。
利用微流體技術能減少檢測的準備時間、樣品與試劑的體積、檢測極限、裝置尺寸與裝置和測試的成本。然而微流體檢測平台目前仍鮮有成功商業化之案例，商品化難度高、技術整合困難、難以融入現有的診斷流程等因素，為目前該檢測技術發展面臨的主要挑戰。