全球化背景下，傳染病的快速爆發(fā)和傳播時刻威脅人類安全與健康，同時深刻而廣泛地影響社會經濟。如何在有限條件下，對相似癥狀傳染病的病原體進行快速鑒定，以便及時采取有效措施加以控制，正受到越來越多的重視。傳統(tǒng)的檢測方法基于PCR或側向流層析法，前者需要昂貴的實驗設備和專業(yè)人員操作分析，后者則難以實現(xiàn)多指標快速篩查。而新的條碼檢測法可實現(xiàn)多指標檢測，但仍需要昂貴的實驗設備。 本文介紹了一種利用量子點條碼芯片，以及智能手機的攝像頭和應用軟件，制作出便攜性極佳的低成本檢測設備的方法。這套檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了在有限的條件下對多種相似癥狀傳染病的快速篩查（圖1）。研究人員首先利用了量子點本身高熒光效率、寬激發(fā)譜、窄發(fā)射譜、耐光漂白等優(yōu)良的熒光特性（圖2），降低了后期設備開發(fā)中的激發(fā)光源和采樣設備成本，同時大大提高了便攜性。通過組合不同的量子點，制成直徑3μm的聚苯乙烯-量子點條碼微球，每種條碼連接不同的捕獲探針。同時在微流控芯片的玻璃基質上刻蝕出3μm的小坑，條碼微球便可均勻分散在芯片上而不聚集（圖1）。檢測實際樣本時，采用了低成本的重組酶聚合酶擴增法（Recombinase Polymerase Amplification，RPA），獲得陽性樣本的特征性DNA片段，一部分與條碼微球上的探針互補，另一部分與帶有第二熒光標記的檢測探針互補。通過單一紫外光源激發(fā)（405nm）、通過一組簡單的顯微鏡頭和430LP濾鏡直接由智能手機的成像系統(tǒng)記錄芯片上條碼微球的種類（顏色）、位置、數(shù)量，通過另一光源（655nm）激發(fā)檢測探針的第二熒光信號，通過軟件以陰性條碼微球上的第二熒光信號強度作為閾值，統(tǒng)計每種條碼微球的陽性數(shù)量（第二熒光信號強于閾值），最終獲得樣本是否呈陽性的結論（圖3）。該研究對多種疾病，包括艾滋病（HIV）、乙肝（HBV）、丙肝（HCV）、三種甲型流感（H1N1、H3N2、H5N1）、以及乙型流感進行了檢測，與流式細胞儀等檢測方法比較均有很好的一致性（圖4）。 該工作充分利用了量子點熒光材料的優(yōu)良熒光特性，簡化了檢測設備，實現(xiàn)了與復雜、高成本檢測設備相似的檢測效果，可在復雜和條件受限的條件下進行快速篩查檢測。最后，研究者還進一步設計了黑盒系統(tǒng)，更接近于最終產品的形式。以上成果對于傳染性疾病的快速預防和控制有積極意義，同時也對于目前越來越受到追捧的醫(yī)療健康產業(yè)與IT行業(yè)的整合發(fā)展所需求的下一代便攜、簡單的檢測產品開發(fā)具有啟示作用。該文發(fā)表于美國化學學會出版的NANO雜志上。 圖1，基于量子點條碼微球的微流控芯片和基于智能手機的光學檢測設備。 圖2，兩種傳統(tǒng)有機染料“Yellow”、“Nile Blue”和兩種量子點材料的熒光性能比較。（第一行為四種熒光材料的標準吸收光譜和發(fā)射光譜，第二行為制成的條碼微球的顯微照片，第三行為不同激發(fā)光源條件下發(fā)射光譜的變化，第四行為180秒內耐光漂白性能。） 圖3，檢測7種疾病的標準樣品的檢測限和實際顯微照片（顯微照片展示的黃色條碼球為HBV，綠色條碼球為HCV，紅色條碼球為陽性對照，檢測含有HCV DNA片段樣品，a圖使用405nm激發(fā)，430LP濾光片成像，獲得條碼微球的種類、位置、數(shù)量信息， b圖使用655nm激發(fā)，692/40濾光片成像，可知黃色條碼球呈陰性，綠色和紅色條碼球陽性，符合預期） 圖4，對實際樣本采用RPA方法結合量子點條碼微球芯片和智能手機成像系統(tǒng)進行多指標篩查評價。