ACS Nano：利用普通的手机定量检测核酸分子

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在资源有限的地区，获取诊断性的健康医疗经常受到限制，这是因为检测疾病的许多分子标记物所需的方法过于复杂，或者在中心实验室外面使用过于昂贵。美国加州理工学院化学与化学工程系Rustem Ismagilov教授及其团队正在开发新的技术以便让新出现的诊断设备在实验室外也能够进行现场即时检测（POCT）。对这些诊断设备的重要需求之一就是在各种环境条件下和用户出错的情形下获得可靠的诊断结果（或者说读出值）。

为了解决在定量诊断时对可靠的读出系统的需求，在一项新的研究中，来自Ismagilov实验室的研究人员发明了一种新的视觉读出方法，该方法利用分析化学和图像处理技术对单个核酸分子进行明确地定量检测，而且任何一种手机摄像头都可用来执行这种定量检测。

在这项研究中，研究人员利用来自丙型肝炎病毒（HCV）的RNA描述和验证了这种视觉读出方法。相关研究结果于2016年2月22日在线发表在ACS Nano期刊上，论文标题为“Reading Out Single-Molecule Digital RNA and DNA Isothermal Amplification in Nanoliter Volumes with Unmodified Camera Phones”。

这项研究使用了一种被称作SlipChip的微流体技术，其中这种技术是Ismagilov实验室几年前发明的。SlipChip是一种便携式的实验室芯片，能够被用来定量检测单个分子的浓度。每个SlipChip编码着一套复杂的分离单个分子（如DNA或RNA）的程序，它的纳升尺寸大小的微孔含有化学反应物。这种编码程序也控制各个微孔中的复杂化学反应：这种芯片由两块彼此相对移动---或者说“滑动（slip）”---的板组成，每次滑动可将上百或者甚至上千个微孔连接在一起或分离开来，从而导致反应物和待测分子相互接触或者分开。这种芯片的结构使得用户能够完全控制这些化学反应，也能够阻止污染，从而使得它成为一种的理想平台用于开发用户友好的强健的诊断装置。

这种新的视觉读出方法建立在这种SlipChip平台上。将特殊的化学指示剂放入到SlipChip设备的微孔中。在一种等温扩增反应---扩增核酸分子（如DNA或RNA）的反应---进行后，依据发生的是阳性反应还是阴性反应，微孔会相应地改变颜色。比如，如果SlipChip被用来对样品中的HCV RNA分子进行计数，那么含有这种RNA分子的微孔因该分子在反应期间会被扩增而变成蓝色，而不含这种RNA分子的微孔将保持紫色。

为了读取这种结果，用户只需利用任何一种可拍照手机拍摄整个SlipChip芯片的图片，然后利用一种比率测量方法（ratiometric approach）加工这种图片：这种测量方法能够将手机中的摄像头检测到的颜色转化为一种明确的阳性和阴性读出值。

之前的SlipChip技术使用一种当微孔中的扩增反应发生时会发出荧光的化学物。但是这种读出值对常见的手机摄像头检测而言太微弱了，或者还需要特定的光照条件。这种新方法提供一种能够改变颜色的指示剂，而且这种指示剂的颜色变化与手机摄像头的色彩灵敏度相兼容，这种比率测量方法使得用户无需自己通过视力来分辨颜色。

论文第一作者之一、化学工程博士后学者Jesus Rodriguez-Manzano说，“我们开发的这种读出过程能够与任何一种手机摄像头一起使用。它是快速的，自动化的，而且也不需用户自己计数或目视判读，因此这种检测结果能够被任何人读出，即便用户是色盲，或者在光线不足的条件下工作，也没关系。这种强健性让我们的视觉读取方法适合与在任何条件（包括资源有限的现场即时检测条件）下使用的设备一起使用。这是至关重要的，这是因为在这些地区，对高灵敏诊断的需求是最为迫切的。”


来源：生物谷