小小可旋轉(zhuǎn)CD生物芯片實現(xiàn)多種傳染性疾病的及時定量診斷
時常在全球爆發(fā)的各種傳染病對人類健康造成嚴重的傷害以及巨大的財產(chǎn)損失。那么，有沒有可能實現(xiàn)傳染病的及時診斷，從而在第一時間實現(xiàn)對病人有效的干預(yù)和治療，來挽救更多人的生命健康和阻斷傳染病的傳播呢？近日，美國德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校（University of Texas at El Paso, UTEP）的李秀軍（XiuJun Li）團隊研發(fā)的可旋轉(zhuǎn)CD生物芯片可有效用于細菌性腦膜炎等多種傳染病的低成本及時定量診斷。
作為許多欠發(fā)達國家和貧困地區(qū)的頭號殺手，傳染病一直是全世界醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域關(guān)注的焦點。以細菌性腦膜炎為例，在癥狀出現(xiàn)后短短24小時之內(nèi)就能致命，而且在赤貧地區(qū)具有很高的發(fā)病率。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報道，每年大概有100萬細菌性腦膜炎感染病例，并導(dǎo)致20萬人死亡，其致死率在極度貧困的地區(qū)更加嚴重，比如非洲的“腦膜炎帶”?，F(xiàn)有的常規(guī)傳染病診斷方法各有缺陷，比如耗時長（細菌培養(yǎng)）、檢出率低（革蘭氏染色法）、操作復(fù)雜繁瑣（酶聯(lián)免疫吸附測定）、需要昂貴的儀器（聚合酶聯(lián)反應(yīng)qPCR）等，難以滿足對傳染病的及時有效診斷，尤其是在醫(yī)療和財政資源匱乏的低收入國家和地區(qū)難以實現(xiàn)其應(yīng)用。
UTEP的李秀軍團隊開發(fā)的用于傳染病及時診斷的微流控生物芯片很好地彌補了上述缺憾。這種芯片只有硬幣大小，由低成本的紙片和聚合物材料制成，其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以結(jié)合多種材料的優(yōu)點。同時，該生物芯片結(jié)合DNA環(huán)介導(dǎo)等溫擴增技術(shù)（Loop-mediated isothermal amplification, LAMP）和DNA功能化的氧化石墨烯納米傳感器，不僅可以實現(xiàn)高靈敏的疾病監(jiān)測，而且可以對病原體進行快速的定量分析。該團隊將納米傳感器與可旋轉(zhuǎn)的CD形狀的生物芯片結(jié)合，成功解決了DNA環(huán)介導(dǎo)等溫擴增技術(shù)面臨的重大難題：多元定量LAMP分析 (multiplex quantitative LAMP， mqLAMP)。LAMP近些年得到了廣泛的使用，但是在mqLAMP方面距離廣泛使用的PCR一直存在很大的差距，該科研成果對該領(lǐng)域以及LAMP的進一步推廣和應(yīng)用具有重大的意義。這種芯片可同時成功地檢測多種腦膜炎的致病菌，表現(xiàn)出很好的特異性。該生物芯片靈敏度很高，即使在只有幾個病原體存在的情況下也可以成功地檢測。另外，該團體還發(fā)現(xiàn)紙片的多孔三維結(jié)構(gòu)能有效貯存和保護擴增引物和生物傳感器，可以在長時間內(nèi)保持很高的檢測穩(wěn)定性和靈敏性。
李秀軍團隊研發(fā)的這種生物芯片具有成本低（材料成本僅幾十美分）、對樣品及試劑消耗量極少、體積輕巧、診斷速度快、靈敏度高、可同時定量診斷多種病菌等特點。另外，通過設(shè)計、改變特異的擴增引物和傳感器，該生物芯片能實現(xiàn)對除了細菌性腦膜炎以外其他不同傳染病的及時診斷，比如百日咳、埃博拉等?；谠撋镄酒膫魅静〖皶r診斷技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，對醫(yī)療設(shè)備和資源欠缺的發(fā)展中國家及貧困地區(qū)的意義尤為重大。目前，李秀軍團隊正致力于此研發(fā)的商業(yè)化推廣階段。
這一成果近期發(fā)表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是最近畢業(yè)于德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校的Maowei Dou博士。
該論文作者為：Maowei Dou, Sharma T. Sanjay, Delfina C. Dominguez, Sihui Zhan, XiuJun Li A paper/polymer hybrid CD-like microfluidic SpinChip integrated with DNA-functionalized graphene oxide nanosensors for multiplex qLAMP detection
Chem. Commun., 2017, 53, 10886, DOI: 10.1039/C7CC03246C
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標(biāo)簽: 微流控生物芯片 藥物分析 醫(yī)療診斷