ACS Sensors 封面文章 | 一體化多重核酸檢測(cè)平臺(tái),用于兒童細(xì)菌樣本快檢
細(xì)菌感染是威脅兒童健康的重要因素,尤其在血液、呼吸道、泌尿系統(tǒng)等多部位的侵襲性感染中,常常起病急、進(jìn)展快,亟需快速、精準(zhǔn)的病原體識(shí)別手段。然而,目前臨床常規(guī)檢測(cè)手段存在耗時(shí)長(zhǎng)、靈敏度不足、操作復(fù)雜等問題,嚴(yán)重制約了感染性疾病的及時(shí)干預(yù)與治療效果。
2月10日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”)生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所(簡(jiǎn)稱“醫(yī)工所”)傳感中心楊慧研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合深圳市兒童醫(yī)院麻曉鵬團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際著名期刊ACS Sensors上發(fā)表了題為"Rapid Bacterial Identification through Multiplexed Nucleic Acid Detection on a Digital Microfluidic Platform for Enhanced Clinical Intervention against Infections"?的封面論文。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的數(shù)字微流控平臺(tái)(MiND-DMF),能夠快速、精準(zhǔn)識(shí)別多種常見感染性細(xì)菌,顯著提升了兒童感染性疾病的診斷效率和精準(zhǔn)用藥能力。
在本研究中,團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了感染性細(xì)菌快速檢測(cè)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)檢測(cè)方法不僅周期長(zhǎng),而且易受背景菌干擾;即便是PCR等核酸檢測(cè)方法,面對(duì)多重檢測(cè)和不同樣本類型時(shí)仍存在操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴、環(huán)境要求高等瓶頸。針對(duì)這一臨床需求,研究團(tuán)隊(duì)提出并驗(yàn)證了將數(shù)字微流控(DMF)與RPA-CRISPR技術(shù)深度融合的創(chuàng)新方案,力求實(shí)現(xiàn)從多種復(fù)雜樣本中高效提取細(xì)菌核酸并進(jìn)行快速多重檢測(cè)。
MiND-DMF平臺(tái)通過高度集成的自動(dòng)化設(shè)計(jì)(整體設(shè)備尺寸30cm×26cm×25cm),只需將臨床樣本注入芯片,便可在簡(jiǎn)便恒溫條件下,快速完成從核酸提取到多靶點(diǎn)檢測(cè)的全過程,避免了傳統(tǒng)檢測(cè)中繁瑣的樣本處理步驟。平臺(tái)融合了高效的核酸擴(kuò)增與精準(zhǔn)的CRISPR識(shí)別體系,具備出色的檢測(cè)靈敏度與特異性,能夠在血液、肺泡灌洗液、尿液、鼻腔分泌物、闌尾膿液、耳膿等多種臨床來源樣本中,快速準(zhǔn)確識(shí)別致病菌,滿足兒童感染樣本種類復(fù)雜、檢測(cè)要求高的實(shí)際應(yīng)用需求。
在實(shí)際應(yīng)用中,MiND-DMF平臺(tái)完成了50例兒童臨床樣本的檢測(cè)驗(yàn)證,與常規(guī)qPCR方法對(duì)比,整體靈敏度達(dá)100%,特異性達(dá)98%-100%。特別是在復(fù)雜體液樣本中,仍保持了卓越的檢測(cè)性能,有效支持臨床快速篩查與精準(zhǔn)用藥決策,展現(xiàn)出在醫(yī)院感染源追溯、抗生素合理使用等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
綜上,本研究不僅填補(bǔ)了現(xiàn)有快速檢測(cè)技術(shù)在多樣化兒童臨床樣本應(yīng)用上的技術(shù)空白,也為打造面向基層醫(yī)療和資源有限環(huán)境下的高效、普適的細(xì)菌感染檢測(cè)工具提供了重要支撐,有望在未來廣泛應(yīng)用于兒童重癥感染篩查、院感防控及公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)等多個(gè)場(chǎng)景。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所傳感中心楊慧研究員和深圳市兒童醫(yī)院麻曉鵬院長(zhǎng)為論文共同通訊作者,傳感中心助理研究員沈杰男為論文第一作者。該研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

圖1 文章封面和原型樣機(jī)
圖2 MiND-DMF平臺(tái)原理示意圖

圖3 臨床樣本驗(yàn)證
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