神奇診斷系統，一小時內牀邊出血液檢測結果

去看醫生並提供血樣時，通常你會面對一根針和注射器，並且要等上數小時甚至數天才能從實驗室得到結果。科羅拉多大學博爾德分校的研究人員希望通過一種新的手持式、基於聲音的診斷系統來改變這種狀況，該系統僅需刺破手指採集少量血液，就能在一小時內給出精確的結果。

該團隊在 10 月 16 日發表於《科學進展》雜誌的一篇新論文中描述了該系統。

“我們開發了一種非常用戶友好的技術，可以在各種環境中部署，並在短時間內提供有價值的診斷信息，”資深作者懷亞特·希爾茲（Wyatt Shields）說，他是科羅拉多大學博爾德分校化學與生物工程系的助理教授。

這一發現恰逢科學家們一直在努力推動診斷測試民主化之時，對於農村地區或發展中國家的人們而言，可能難以獲得診斷測試，而對於血液測試，對於那些懼怕針頭的人來說則十分可怕。

雖然現有的快速檢測，即所謂的側向流檢測，如新冠檢測或妊娠檢測，可以快速給出血液或尿液中特定生物標誌物或生物分子是否存在的“是”或“否”的答案，但它們通常不能說明含量多少，而且它們不夠靈敏，無法檢測到非常少量的物質。

與此同時，臨牀血液檢測的金標準，即酶聯免疫吸附測定（ELISA），高度靈敏且具有很強的專業性，足以檢測罕見或稀少的生物標誌物，但需要昂貴的設備和複雜的技術，患者可能需要數小時或數天才能收到結果。

作者承認，自 Theranos 公司高調垮臺後，生物傳感領域便存在着懷疑的態度。早在 2015 年，Theranos 公司就承諾用一滴血檢測數百種生物標誌物。他們表示，他們的發明工作方式不同，與現已倒閉的初創公司不同，它基於系統實驗和同行評審研究。

“雖然他們所聲稱要做的事目前無法實現，但很多研究人員希望有一天類似的事情能夠成爲可能，”第一作者庫珀·索姆（Cooper Thome）說，他是希爾茲實驗室的博士候選人。“這項工作可能是朝着這個目標邁出的一步——但這是基於任何人都可以獲取的科學。”

希爾茲和索姆打算開發一種既靈敏，又高度便攜且易於使用的工具。

他們的秘密成分包括：被其稱爲“功能性負聲對比”粒子（fNACPs）的微小顆粒，還有一個定製的手持儀器，即“聲移液器”，能將聲波傳遞至內部的血液樣本。

作爲其博士工作的一部分，託姆設計了 fNACPs（本質上就是細胞大小的橡膠球），並用功能性塗層對其進行定製，從而讓它們能夠識別和捕獲指定的感興趣的生物標誌物，比如傳染性病毒或者被視作健康問題預警信號的蛋白質。

“我們基本上是藉助聲波來操控粒子，從而能從極小的液體體積中迅速將它們分離出來，”專門從事“聲流控”研究的託姆說道。

“這是測量血液生物標誌物的一種全新方式，”他補充說。

當把少量血液與定製顆粒相混合，並將其放入聲學移液器中時，聲波會把顆粒推至腔室的一側，在那裡顆粒被捕獲，而其餘血液則被沖洗掉。附着在顆粒上的剩餘生物標誌物隨後會被貼上熒光標籤，並接受激光照射，以確定其存在的量。所有這一切都在 70 分鐘內發生在一個可以放在手掌中的設備內。

“在我們的論文裡，我們證實了這種移液器和顆粒系統能夠具備與金標準臨牀測試相同的靈敏度和特異性，不過是在一個從根本上簡化了工作流程的儀器當中，”希爾茲說，並指出隨着未來的改進，這個時間可能會進一步縮短。“這使我們有可能在患者牀邊進行血液診斷。”

他說，這對於評估患者是否患有傳染病，以及他們的病毒載量是多少、增長速度有多快，可能特別有用。該設備還有可能在測量抗體以確定某人是否需要加強針、檢測過敏情況或者檢測與某些癌症相關的蛋白質等方面發揮作用。

這項研究屬於一個概念驗證，在該設備實現商業化之前，還需要開展更多的研究。作者已經與風險合作伙伴合作申請專利，現在正在探索如何使該技術同時爲多個患者服務（例如，這在農村地區的移動診所中會很有用）或同時檢測多個生物標誌物。