利用普通的手機定量檢測核酸分子

在資源有限的地區，獲取診斷性的健康醫療經常受到限制，這是因為檢測疾病的許多分子標記物所需的方法過于復雜，或者在中心實驗室外面使用過于昂貴。美國加州理工學院化學與化學工程系Rustem Ismagilov教授及其團隊正在開發新的技術以便讓新出現的診斷設備在實驗室外也能夠進行現場即時檢測（POCT）。對這些診斷設備的重要需求之一就是在各種環境條件下和用戶出錯的情形下獲得可靠的診斷結果（或者說讀出值）。

為了解決在定量診斷時對可靠的讀出系統的需求，在一項新的研究中，來自Ismagilov實驗室的研究人員發明了一種新的視覺讀出方法，該方法利用分析化學和圖像處理技術對單個核酸分子進行明確地定量檢測，而且任何一種手機攝像頭都可用來執行這種定量檢測。

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

這項研究使用了一種被稱作SlipChip的微流體技術，其中這種技術是Ismagilov實驗室幾年前發明的。SlipChip是一種便攜式的實驗室芯片，能夠被用來定量檢測單個分子的濃度。每個SlipChip編碼著一套復雜的分離單個分子（如DNA或RNA）的程序，它的納升尺寸大小的微孔含有化學反應物。這種編碼程序也控制各個微孔中的復雜化學反應：這種芯片由兩塊彼此相對移動---或者說“滑動（slip）”---的板組成，每次滑動可將上百或者甚至上千個微孔連接在一起或分離開來，從而導致反應物和待測分子相互接觸或者分開。這種芯片的結構使得用戶能夠*控制這些化學反應，也能夠阻止污染，從而使得它成為一種的理想平臺用于開發用戶友好的強健的診斷裝置。

這種新的視覺讀出方法建立在這種SlipChip平臺上。將特殊的化學指示劑放入到SlipChip設備的微孔中。在一種等溫擴增反應---擴增核酸分子（如DNA或RNA）的反應---進行后，依據發生的是陽性反應還是陰性反應，微孔會相應地改變顏色。比如，如果SlipChip被用來對樣品中的HCV RNA分子進行計數，那么含有這種RNA分子的微孔因該分子在反應期間會被擴增而變成藍色，而不含這種RNA分子的微孔將保持紫色。

為了讀取這種結果，用戶只需利用任何一種可拍照手機拍攝整個SlipChip芯片的圖片，然后利用一種比率測量方法（ratiometric approach）加工這種圖片：這種測量方法能夠將手機中的攝像頭檢測到的顏色轉化為一種明確的陽性和陰性讀出值。

之前的SlipChip技術使用一種當微孔中的擴增反應發生時會發出熒光的化學物。但是這種讀出值對常見的手機攝像頭檢測而言太微弱了，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攝像頭的色彩靈敏度相兼容，這種比率測量方法使得用戶無需自己通過視力來分辨顏色。

論文*作者之一、化學工程博士后學者Jesus Rodriguez-Manzano說，“我們開發的這種讀出過程能夠與任何一種手機攝像頭一起使用。它是快速的，自動化的，而且也不需用戶自己計數或目視判讀，因此這種檢測結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，也沒關系。這種強健性讓我們的視覺讀取方法適合與在任何條件（包括資源有限的現場即時檢測條件）下使用的設備一起使用。這是至關重要的，這是因為在這些地區，對高靈敏診斷的需求是zui為迫切的。”