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美國(guó)佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系納米生物工程和生物電子實(shí)驗(yàn)室的朱雪娜博士和李晨鐘教授最近開(kāi)發(fā)了一種以智能手機(jī)連用的葡萄糖傳感器為檢測(cè)平臺(tái)的便攜式傳感器成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA過(guò)氧化損傷標(biāo)志物的量化測(cè)量，為量化評(píng)估霧霾污染對(duì)人體的DNA過(guò)氧化損傷提供了一個(gè)有效地及時(shí)地分析手段。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢測(cè)雖然已經(jīng)取得了標(biāo)志性的發(fā)展，但是很多常規(guī)檢測(cè)還是在醫(yī)院里完成。病人需要去醫(yī)院提供樣品，通過(guò)一定時(shí)間的等待（幾個(gè)小時(shí)或者幾天不等），才能拿到檢驗(yàn)報(bào)告。現(xiàn)代健康管理工業(yè)正逐步從定期檢測(cè)向個(gè)人持續(xù)健康檢測(cè)轉(zhuǎn)換以便第一時(shí)間來(lái)預(yù)防和檢測(cè)相關(guān)疾病。為了實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，工程人員，科學(xué)研究人員以及藥學(xué)研究人員都致力于發(fā)展經(jīng)濟(jì)快速，能實(shí)現(xiàn)即時(shí)即地檢測(cè)而不需要專業(yè)人員協(xié)助的即時(shí)檢測(cè)儀器，即point of care testing（POCT）。智能手機(jī)可實(shí)現(xiàn)成像、定位、信號(hào)處理及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑢⑵渥鳛橐粋€(gè)平臺(tái)與各種傳感器技術(shù)結(jié)合用于個(gè)人或公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的即時(shí)檢測(cè)（POCT）是目前的發(fā)展趨勢(shì)。在POCT技術(shù)這幾十年發(fā)展過(guò)程中，比較成熟的具有代表性的技術(shù)主要包括免疫驗(yàn)孕試紙盒和便攜式血糖儀，這兩種技術(shù)也最具有跟智能手機(jī)系統(tǒng)中的光電器件結(jié)合在一起使用的可能性。然而，免疫試紙盒為基礎(chǔ)的檢測(cè)通常被認(rèn)為是定性測(cè)量的工具，其只能提供“是”或“否”的答案，并不能精確的進(jìn)行定量測(cè)定。另一方面，基于電化學(xué)測(cè)量的Clark型血糖儀自1965年Dr. Clerk發(fā)明以來(lái)，已被數(shù)千百萬(wàn)糖尿病患者用于每天監(jiān)測(cè)其血糖水平。為了更好的利用這項(xiàng)已經(jīng)完善建立起來(lái)的醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)，來(lái)自美國(guó)佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的朱雪娜博士和李晨鐘教授跟陜西師范大學(xué)的張成孝教授共同研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)通用的檢測(cè)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)可以把廣泛應(yīng)用的葡萄糖電化學(xué)檢測(cè)和免疫試紙檢測(cè)整合在一起，能把任何非葡萄糖檢測(cè)物定量轉(zhuǎn)換成葡萄糖，然后用便攜式血糖儀檢測(cè)。

大量研究證據(jù)表明重金屬、尾氣顆粒還有霧霾等環(huán)境污染引起的過(guò)氧化應(yīng)激損傷和基因突變可對(duì)皮膚、肺、肝臟、心肌等組織器官造成損傷。尿液中的8-OHdG就是體內(nèi)在自由基攻擊 DNA 或游離核甘酸中的 deoxyguanosine后經(jīng)由生物體內(nèi)之修補(bǔ)酵素修復(fù)后的代謝廢物，并從細(xì)胞內(nèi)排出進(jìn)一步進(jìn)入人體循環(huán)系統(tǒng)并隨尿排出體外。尿液中8-OHdG作為DNA過(guò)氧化損傷生物標(biāo)記物已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于調(diào)查人居和 工作環(huán)境對(duì)健康的影響和職業(yè)病臨床探索。

李晨鐘教授的團(tuán)隊(duì)利用免疫和納米酶催化反應(yīng)結(jié)合的檢測(cè)機(jī)理，結(jié)合該研究室豐富的微機(jī)電（MEMS）芯片的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和世界一流的微納芯片加工的設(shè)施，精巧地設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種以傳統(tǒng)的血糖儀為檢測(cè)平臺(tái)并和智能手機(jī)可以連用的智能檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非葡萄糖分子的生物標(biāo)記物例如8-OHdG的定量和定性的快速檢測(cè)。這種微流控紙芯片傳感器結(jié)合了微流控技術(shù)、納米技術(shù)、熱蠟打印技術(shù)，生化技術(shù)，將樣品采集，過(guò)濾，免疫檢測(cè)，酶促轉(zhuǎn)化，電化學(xué)分析，手機(jī)信號(hào)存儲(chǔ)，放大， 和數(shù)據(jù)處理等功能精密地集成在一個(gè)小型化的生物傳感器系統(tǒng)， 并將非葡糖糖生物標(biāo)志物分子轉(zhuǎn)化成葡萄糖進(jìn)而可以利用技術(shù)比較成熟的智能手機(jī)葡萄糖儀實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜生物樣品中的DNA損傷標(biāo)識(shí)物8-OHdG的高靈敏度檢測(cè)。

他們分別用一個(gè)小分子8-hydroxy-2’-deoxyguanosine（8-OHdG，DNA 氧化損傷標(biāo)記物）和一個(gè)大分子prostate specific antigen（PSA，前列腺特異性抗原）來(lái)測(cè)試平臺(tái)的可行性。通過(guò)與商品化的酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA） 試劑盒做比較，這個(gè)通用平臺(tái)在不犧牲檢測(cè)靈敏度的基礎(chǔ)上降低檢測(cè)費(fèi)用，縮短檢測(cè)時(shí)間，擴(kuò)大濃度檢測(cè)范圍以及不需要復(fù)雜高級(jí)的檢測(cè)儀器等各方面都表現(xiàn)卓越。

這種紙芯片傳感器的設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)工作區(qū) （圖1）包括點(diǎn)樣區(qū)，免疫反應(yīng)識(shí)別區(qū)，葡萄糖酶催轉(zhuǎn)化區(qū)和檢測(cè)區(qū)，廢物吸收區(qū)。 液體樣品在紙的毛細(xì)滲透力作用下的流動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)型（小分子）或者三明治型（中等或者大分子）免疫反應(yīng)，蔗糖和納米酶的水解反應(yīng)等過(guò)程，最后通過(guò)傳統(tǒng)的手機(jī)血糖儀進(jìn)行量化測(cè)量。

紙芯片傳感器

該技術(shù)可以能達(dá)到的檢測(cè)范圍是0.1～100 ng·mL-1， 在檢測(cè)時(shí)間45分鐘內(nèi)，最小能檢測(cè)到的8-OHdG濃度是0.1 ng·mL-1。同時(shí)他們還測(cè)試了檢測(cè)平臺(tái)的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示在三個(gè)星期的時(shí)間跨度，檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有太大變化，說(shuō)明檢測(cè)平臺(tái)非常穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)與ELISA方法多方面的比較，在不損害靈敏度和測(cè)量范圍的基礎(chǔ)上，這個(gè)方法呈現(xiàn)智能化，簡(jiǎn)單，快速，即時(shí)即地，經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

除了小分子檢測(cè)物例如8-OHdG外，該團(tuán)隊(duì)也證明了這種血糖儀結(jié)合的紙基芯片也可以對(duì)蛋白大分子生物標(biāo)志物例如前列腺特異性抗原（PSA的檢測(cè)。前列腺特異性抗原（PSA）作為一個(gè)代表來(lái)評(píng)估血糖儀平臺(tái)檢測(cè)蛋白大分子的能力。

上述研究成果在文章《Using a glucose meter to quantitatively detect disease biomarkers through a universal nanozyme integrated lateral fluidic sensing platform》中有所描述，改論文近期發(fā)表在《生物傳感器與生物電子學(xué)》(Biosensors and Bioelectronics)雜志上。李晨鐘教授現(xiàn)任美國(guó)國(guó)家基金委工程局生物傳感學(xué)科主任，佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)the Worlds Ahead 杰出教授，也是Biosensors and Bioelectronics期刊的副主編。(生物谷Bioon.com）

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