利用普通的手機(jī)定量檢測(cè)核酸分子

在資源有限的地區(qū)，獲取診斷性的健康醫(yī)療經(jīng)常受到限制，這是因?yàn)闄z測(cè)疾病的許多分子標(biāo)記物所需的方法過(guò)于復(fù)雜，或者在中心實(shí)驗(yàn)室外面使用過(guò)于昂貴。美國(guó)加州理工學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系Rustem Ismagilov教授及其團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)新的技術(shù)以便讓新出現(xiàn)的診斷設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室外也能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)（POCT）。對(duì)這些診斷設(shè)備的重要需求之一就是在各種環(huán)境條件下和用戶出錯(cuò)的情形下獲得可靠的診斷結(jié)果（或者說(shuō)讀出值）。

為了解決在定量診斷時(shí)對(duì)可靠的讀出系統(tǒng)的需求，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自Ismagilov實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明了一種新的視覺(jué)讀出方法，該方法利用分析化學(xué)和圖像處理技術(shù)對(duì)單個(gè)核酸分子進(jìn)行明確地定量檢測(cè)，而且任何一種手機(jī)攝像頭都可用來(lái)執(zhí)行這種定量檢測(cè)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員利用來(lái)自丙型肝炎病毒（HCV）的RNA描述和驗(yàn)證了這種視覺(jué)讀出方法。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月22日在線發(fā)表在ACS Nano期刊上，論文標(biāo)題為“Reading Out Single-Molecule Digital RNA and DNA Isothermal Amplification in Nanoliter Volumes with Unmodified Camera Phones”。

這項(xiàng)研究使用了一種被稱作SlipChip的微流體技術(shù)，其中這種技術(shù)是Ismagilov實(shí)驗(yàn)室?guī)啄昵鞍l(fā)明的。SlipChip是一種便攜式的實(shí)驗(yàn)室芯片，能夠被用來(lái)定量檢測(cè)單個(gè)分子的濃度。每個(gè)SlipChip編碼著一套復(fù)雜的分離單個(gè)分子（如DNA或RNA）的程序，它的納升尺寸大小的微孔含有化學(xué)反應(yīng)物。這種編碼程序也控制各個(gè)微孔中的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)：這種芯片由兩塊彼此相對(duì)移動(dòng)---或者說(shuō)“滑動(dòng)（slip）”---的板組成，每次滑動(dòng)可將上百或者甚至上千個(gè)微孔連接在一起或分離開(kāi)來(lái)，從而導(dǎo)致反應(yīng)物和待測(cè)分子相互接觸或者分開(kāi)。這種芯片的結(jié)構(gòu)使得用戶能夠*控制這些化學(xué)反應(yīng)，也能夠阻止污染，從而使得它成為一種的理想平臺(tái)用于開(kāi)發(fā)用戶友好的強(qiáng)健的診斷裝置。

這種新的視覺(jué)讀出方法建立在這種SlipChip平臺(tái)上。將特殊的化學(xué)指示劑放入到SlipChip設(shè)備的微孔中。在一種等溫?cái)U(kuò)增反應(yīng)---擴(kuò)增核酸分子（如DNA或RNA）的反應(yīng)---進(jìn)行后，依據(jù)發(fā)生的是陽(yáng)性反應(yīng)還是陰性反應(yīng)，微孔會(huì)相應(yīng)地改變顏色。比如，如果SlipChip被用來(lái)對(duì)樣品中的HCV RNA分子進(jìn)行計(jì)數(shù)，那么含有這種RNA分子的微孔因該分子在反應(yīng)期間會(huì)被擴(kuò)增而變成藍(lán)色，而不含這種RNA分子的微孔將保持紫色。

為了讀取這種結(jié)果，用戶只需利用任何一種可拍照手機(jī)拍攝整個(gè)SlipChip芯片的圖片，然后利用一種比率測(cè)量方法（ratiometric approach）加工這種圖片：這種測(cè)量方法能夠?qū)⑹謾C(jī)中的攝像頭檢測(cè)到的顏色轉(zhuǎn)化為一種明確的陽(yáng)性和陰性讀出值。

之前的SlipChip技術(shù)使用一種當(dāng)微孔中的擴(kuò)增反應(yīng)發(fā)生時(shí)會(huì)發(fā)出熒光的化學(xué)物。但是這種讀出值對(duì)常見(jiàn)的手機(jī)攝像頭檢測(cè)而言太微弱了，或者還需要特定的光照條件。這種新方法提供一種能夠改變顏色的指示劑，而且這種指示劑的顏色變化與手機(jī)攝像頭的色彩靈敏度相兼容，這種比率測(cè)量方法使得用戶無(wú)需自己通過(guò)視力來(lái)分辨顏色。

論文*作者之一、化學(xué)工程博士后學(xué)者Jesus Rodriguez-Manzano說(shuō)，“我們開(kāi)發(fā)的這種讀出過(guò)程能夠與任何一種手機(jī)攝像頭一起使用。它是快速的，自動(dòng)化的，而且也不需用戶自己計(jì)數(shù)或目視判讀，因此這種檢測(cè)結(jié)果能夠被任何人讀出，即便用戶是色盲，或者在光線不足的條件下工作，也沒(méi)關(guān)系。這種強(qiáng)健性讓我們的視覺(jué)讀取方法適合與在任何條件（包括資源有限的現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)條件）下使用的設(shè)備一起使用。這是至關(guān)重要的，這是因?yàn)樵谶@些地區(qū)，對(duì)高靈敏診斷的需求是zui為迫切的。”