北航常凌乾团队等开发结核病快速多重诊断技术,更低成本,专为贫困偏远地区设计

2021
09/27

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生物世界
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结核病 (TB) 是由结核分枝杆菌 (MTBC) 感染所致,是主要的世界性传染病,也是致死亡率最高的单传染病原体之一。常规结核病的筛查诊断主要是在设备齐全的三级医院,基于商业化的核酸检测仪器,价格昂贵,对专业人员和实验室的要求较高,限制了其在偏远地区的应用。

针对这一需求,北京航空航天大学 常凌乾 课题组在 Biosensors & Bioelectrnics 期刊 (IF=10.7) 上发表了题为: A finger-driven disposable micro-platform based on isothermal amplification for the application of multiplexed and point-of-care diagnosis of tuberculosis 的研究论文。

该研究设计了一种 低成本、便携的手指驱动式微流控芯片 (Fd-MC) ,结合重组酶聚合酶核酸等温扩增技术 (RPA) ,集核酸提取、扩增、检测于一体,对痰液样本中的结核杆菌实现了便携现场快速检测。


该芯片基底采用PMMA进行激光刻蚀,并在缓冲液储存室的上表面覆盖弹性膜,当按压弹性膜时,可直接驱动液体在微流道中流动,摆脱了对电力、外部泵的依赖。在37-42℃,实现20分钟内核酸等温扩增。通过37个临床样本的验证,与商业化实时RPA相比,该平台具有100%的特异性和95.2%的灵敏度。同时,该芯片被设计用于多重检测,采用基于FAM探针的原位荧光显色,通过手持紫外灯可用肉眼读出检测结果,消除了交叉污染的风险 (图1) 。该研究工作中提出了一种手指驱动式微流控芯片,成本小于8美元,为在资源有限的环境中进行快速、现场、大规模的传染性病原体筛查提供了希望

图1. 基于核酸等温扩增的手指驱动式微流控芯片(Fd-MC)快速检测结核杆菌的原理示意图

作者在芯片上设计了多个平行检测腔室,并针对人型结核分枝杆菌 (Mycobacterium Tuberculosis, MTB) ,结核分枝杆菌复合群 (Mycobacterium Tuberculosis Complex, MTBC) ,分枝杆菌 (Mycobacterium, MB) 分别设计RPA特异性引物。结果显示,随着DNA模板浓度的降低,芯片内检测区的绿色荧光的亮度明显降低,最后可检测到103 copies/mL的DNA模板,表明不仅能识别结核/非结核感染,还能高灵敏区分人结核分枝杆菌/牛结核分枝杆菌 (图2)

图2. Fd-MC对临床结核病样本诊断的验证

该研究工作通讯作者北京航空航天大学常凌乾教授。第一作者是博士研究生王之莹。华西医院检验科主任应斌武教授为共同通讯作者。文章第一单位为北航生物医学工程学院和生物医学工程高精尖创新中心。
论文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566321007004
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关键词:
检测,芯片,设计,核酸,结核病

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