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量准纳米光学芯片技术突破高端无创分子检测设备限制


  来源: MEMS 时间:2020-02-20 编辑:清风
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新型C型反应性蛋白彩色成像的方法,使得新冠肺炎炎症标志物快速无创检测成为可能。


此次突发的新型冠状病毒肺炎(NCP),由于其通过唾液和呼吸道粘液的混合物在空气中进行飞行传播,且存活时间长,容易携带以及感染后潜伏期长和很多病患无明显症状的特点,所以传染性强,涉及人群广泛,准确快速诊断以及鉴别诊断尤其在居家环境中对于携带者和潜伏期患者的现场检测将成为此次疫情防控和疾病诊疗的关键因素。根据钟南山院士团队的新冠病毒论文所得出的结论——大多数患者表现出C反应蛋白(CRP)水平升高,严重病例具有更显著的数据异常,所以将CRP明显升高作为新冠病毒肺炎NCP有别于常规肺炎的诊断标准之一。


据麦姆斯咨询报道,近日,由量准(上海)实业有限公司(以下简称“量准”)独家引进国际最新纳米光学芯片科技排他性知识产权,结合自主研发的传感器设计和纳米制造专利技术,并且联合华中科技大学生科院,同济医学院附属协和医院,武汉光电工业技术研究院,江苏省产业技术研究院智能传感技术研究所等国内产、学、研、医行业多家单位共同研发了一项基于新型纳米等离子光学传感器(Nanoplasmonic Sensor)芯片的超快速检测唾液中疾病标志物分子C反应蛋白(CRP)的无标记纳米等离子光学成像检测系统。表面等离子共振分析测试及成像是由生物技术与生命科学研究领域脱颖而出的最新检测手段。它是新一代的无需荧光标定的生物分子实时分析测试技术。


表面等离子体共振成像(SPRI)作为新近发展起来的高灵敏分析方法,能以微阵列形式实时检测研究各种分子作用的过程,被认为是一种非常有潜力的多功能高通量研究平台。由于Nano SPR芯片对表面电介质的折射率变化非常灵敏,从而不需要标记,就可以快速、实时、原位、无损、动态检测人体唾液中的超敏CRP的浓度,且该项技术的检测系统结构简单,成本低,操作简便,使得我国在无标记物大分子新药筛选产品以及创新体外快速诊断智能化产品的研发生产领域有了质的飞跃,已经实现价格在百万元人民币以上的国外进口高端SPR(表面等离子共振)分子互作检测设备的检测和研发,这是量准3D SPR技术对传统2D SPR技术的革命性突破,将助力中国乃至全球生物检测和医药研发产业的发展。



(A)芯片外观实际效果图;(B)芯片电镜结构图


目前,血液检测CRP已广泛应用于各种疾病和机能失调的临床决策。但是采血检测是一种侵入性手段程序,必须由技术熟练的专业人员操作,有时甚至需要静脉穿刺。后续检测部分也离不开实验室设备和高昂的成本。唾液检测是一种非侵入性无痛方法,可作为替代性方法对较大量样本的CRP进行评估。但是唾液中CRP浓度较血液中低,但是,现有的检测方式检测成本高,显示不够直观。量准联合研发团队应用研发的纳米等离子光学共振是由介电材料所包围金属超材料纳米结构中的电子气体集体振荡产生的光学现象,与传统SPR相比,新型纳米等离子光学芯片不需要光学耦合器件配合激发且具有更高的表面积与体积比,借助这种传感器芯片后甚至仅用常规的普通设备如光学显微镜就能完成以前几百万元高端光谱仪检测设备才能完成的光谱定量分析测定。本方法采用普通显微镜链接的数码相机组成的图像采集系统,通过采集的图像通过机器学习图像软件分析红色通道的透光率变化来定量分析待测唾液中的CRP浓度。该检测方法,通过在华中科技大学同济医学院附属协和医院采集的患者血液以及唾液样品中CRP定量分析对比,构建了唾液以及血液中CRP的对应关系,并可以准确的通过唾液中CRP水平变化来分析受试者血液中的CRP的波动。实验结果表明目前该系统对无标记CRP抗原定量检测极限为1ng/ml,可用于唾液中CRP的浓度快速检测(正常人唾液CRP含量为1至5ng/ml,高于5ng/ml提示血液中CRP浓度高于正常;血液中CRP浓度为不高于5μg/ml)。该检测手段有着无需标记、受背景影响小、高通量、线性浓度范围广的优点。



(A)CRP抗体修饰以及CRP定量分析示意图;(B)待测唾液中CRP浓度为10ng/ml时的芯片响应变化;(C)阴性对照的芯片响应变化;(D)芯片变化强度与唾液样本中CRP蛋白浓度的对应关系图;(E)临床血液与唾液样本中CRP蛋白浓度的对应关系图。


关键词:传感器 量准纳米光学 芯片技术 无创分子检测    浏览量:497

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