陰道是女性體內必不可少的微生態(tài)區(qū)域。它是女性生殖道的組成部分，也是其與外界連接的唯一通道，因而它的穩(wěn)定性與女性健康密切相關。據(jù)統(tǒng)計，在美國，每年因陰道分泌物異常而就診的人次約高達1000萬次。但細菌性陰道炎是一種非常私密的疾病，且復發(fā)率非常高，中國女性往往因傳統(tǒng)觀念不愿或沒有時間去醫(yī)院檢查，從而造成非常嚴重的后果。因此，開發(fā)一個允許女性在家完成陰道炎癥檢測的系統(tǒng)至關重要。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自江蘇大學的研究人員設計了一種自吸式微流控芯片，該芯片可以實現(xiàn)自動進樣，從而節(jié)省采樣時間，并能夠實現(xiàn)樣品的充分混合。此外，研究人員還發(fā)明了一種手持式微型顯微鏡裝置，它具有適配智能手機的光學放大系統(tǒng)和變焦范圍為2mm的聚焦系統(tǒng)。同時，研究人員還開發(fā)了一種用于陰道分泌物細菌快速鑒定的APP。總體而言，該項工作設計的檢測系統(tǒng)只有手掌大小，具有高分辨率和便攜性，可用于即時檢測（POCT）中陰道分泌物的快速檢測。

自吸式微流控芯片的設計

研究人員設計的芯片尺寸為2cm × 5cm，其結構的設計以能夠更好地混合樣品為宗旨。如圖1所示，a為采樣區(qū)（直徑為3mm），b為用于樣品擴散的混合區(qū)（直徑為2mm），c為用于將微生物均勻混合的緩沖通道（寬度為2mm），d為觀測區(qū)域（直徑為2mm）。

圖1 微流控芯片的結構設計

光學系統(tǒng)設計

光學系統(tǒng)的結構如圖2所示。它由一個微透鏡組（由多個具有37倍放大功能的高倍微透鏡組成）、一個智能手機閃光燈和一個全反射棱鏡組成。為了實現(xiàn)光學放大的功能，研究人員使用智能手機的閃光燈作為光源。當光源垂直照射在全反射棱鏡上時，光路發(fā)生變化，使得反射光路通過樣品載玻片和微透鏡組，最終得到由智能手機拍攝的放大后的樣品顯微照片。

圖2 手持式顯微鑒定系統(tǒng)示意圖：（A）系統(tǒng)操作流程示意圖；（B）手持式顯微鏡內部原理示意圖。

球菌和桿菌的鑒定

在對手機采集的樣本圖片進行基礎圖像處理后，研究人員對細菌輪廓進行特征提取和圓度計算。通過對550張模擬樣本圖像的分析，可以得出球菌鑒定算法的準確率為90.76%，鑒定誤差為6.12%。但是，即使在臨床醫(yī)學實踐中，鑒定誤差也是不可避免的。因而，只要鑒定出的球菌數(shù)量大于或等于實際球菌數(shù)量，該算法也可以作為確定陰道分泌物水平的有效方法。

圖3 細菌鑒定、APP設計及鑒定誤差：（a）細菌的圖像處理；（b）APP界面和圖像處理流程；（c）基于手機算法對球菌進行鑒定的誤差。

陰道炎癥水平診斷的靈敏度

為了研究女性陰道分泌物的水平，研究人員模擬并設置了四組實驗，并對100個樣品進行了檢測。實驗結果顯示鑒定算法的計數(shù)結果與觀測人員計數(shù)的結果呈線性關系，且算法對陰道炎癥的鑒定結果與觀測人員一致，鑒定準確率達95%。

圖4 臨床樣本：（a）四組臨床樣本的原始圖像；（b）鑒定和計數(shù)后的圖像。

綜上所述，研究人員設計了一種基于微流控芯片的手持變焦顯微成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)和智能手機結合可以清楚地看到球菌和芽孢桿菌的形態(tài)差異，其分辨率可以小于3μm。同時，研究人員設計的APP鑒定算法也能準確判斷炎癥程度，準確率達95%。此外，使用所提出的檢測系統(tǒng)對臨床樣本進行檢測，結果與臨床診斷一致。總的來說，用這種方法檢測女性陰道環(huán)境的健康狀況是可行的，可以達到在家快速檢測的目的。不過，對于算法的優(yōu)化，研究人員還需要在未來進行進一步的研究。