可打印工具启用敏感的诊断测试

杜克大学的生物医学工程师创建了一种便携式诊断工具，该工具可以像市场上最敏感的测试一样准确地检测出疾病的明显标记，同时将等待时间从数小时甚至数天到15分钟减少。

通过喷墨打印一系列抗体在带有不粘聚合物涂层的载玻片上创建的诊断工具，称为D4分析测试可以从一滴血液中检测出低水平的抗原，即疾病的蛋白质标志物。通过创建敏感，易于使用的“芯片实验室”，研究人员计划将快速诊断测试带到缺乏获得基于标准实验室诊断技术的领域。

该平台在2017年8月7日在美国国家科学院论文集。

除了发现疾病外，医疗人员还使用诊断工具来评估疾病的严重性，计划有效的治疗策略，并跟踪个人对治疗的反应。虽然某些测试（例如横向流程测试）是快速，便携式且易于使用的，但它们通常不够敏感，无法提供超出特定生物标志物的存在或不存在的信息，因此医疗保健工人通常需要使用定量方法来确定感染有多严重。

目前，定量诊断测试的黄金标准是酶联免疫吸附测定法（ELISA），它鉴定出生物样品中存在多少特定抗原。尽管ELISA是市场上最敏感的免疫测定工具之一，用于检测寨卡病毒和艾滋病毒等疾病，或者血液中的激素水平，但它需要训练有素的研究人员或液体处理机器人设备才能遵循一系列耗时的步骤，以确保不需要不需要的步骤蛋白质粘在测定中，并将结果弄乱。该测试还需要笨重的实验室仪器进行数据分析，使其适用于资源有限的设置。

作为额外的并发症，ELISA平台最多可能需要24小时来显示测试结果 - 这通常意味着即使疾病继续扩散，治疗也会延迟。

D4分析允许临床医生避免这些问题，而无需牺牲灵敏度或准确性。新测定方法可以在只有15分钟的时间内识别疾病生物标志物，并且可以使用桌面扫描仪或3D打印的智能手机附件来阅读结果，该附件使用手机的摄像头读取结果，使工具能够在Point-用于快速诊断的护理设置。

像ELISA平台一样，D4测定法使用匹配的抗体对血液样本中的靶蛋白进行检测和捕获。该阵列包含两种类型的抗体 - 毫米捕获抗体和可溶性检测抗体 - 用荧光标记标记，以允许研究人员确定存在多少抗原。当将一滴血液放在载玻片上时，检测抗体溶解，与阵列分开并结合到血液中的靶蛋白。这些荧光抗体 - 蛋白质对附着在仍在幻灯片上的捕获抗体上。

但是，与其他诊断测试（例如ELISA或侧向流程测试）不同，D4测定抗体阵列被印在新型聚合物刷涂层上。当将样品放在载玻片上时，涂层像特氟龙这样的作用，以防止非目标蛋白连接到载玻片表面。通过防止不必要的蛋白质与测定结合，聚合物刷可以通过摆脱芯片上的“背景噪声”来检测低水平的靶蛋白。

杜克大学生物医学工程部（BME）兼高级作者Ashutosh Chilkoti说：“该测定的真正意义是聚合物刷涂层。”“聚合物刷使我们能够在芯片上存储所有所需的工具，同时保持简单的设计。”

使用D4分析，研究人员不需要遵循复杂的工作流程即可从幻灯片中清除非目标蛋白，就像ELISA测试一样。取而代之的是，他们只需要在缓冲溶液中清洗幻灯片即可去除任何外部颗粒。

为了证明其测定法的准确性，研究小组进行了一项临床试验，以测量杜克大学医学中心患者的血清瘦素水平，并将其与临床ELISA平台观察到的患者进行了比较。杜克大学医学院儿科学教授迈克尔·弗洛克（Michael Freemark）先前的研究，论文中的一位高级作者表明bob电竞，低血清瘦素水平可以预测严重营养不良的儿童的死亡率和并发症。瘦素水平通常是使用ELISA测量的，但是研究人员认识到，如果他们可以使用D4分析来准确测试瘦素水平，则该工具可用于为在资源限制设置中患有营养不良的人计划更好的治疗方法。研究发现，D4分析的结果与ELISA测试的结果相当。

“很酷的是，我们的测定法可以在15分钟内实现对ELISA的可比敏感性，如果需要进一步的敏感性，可以使用更长的孵化时间，” Chilkoti实验室的MD-PHD学生Daniel Joh说。纸。“该设备也可以与横向流程测试进行比较，该设备的读数要少于五分钟，但是该测试并不那么敏感。这确实是两全其美。”

与ELISA不同，D4分析是一种高度便携式的工具，因为在运输过程中不需要冷藏干滑块。该设计也具有成本效益 - Joh及其合作者估计，D4芯片的成本将不到一美元，并且在加利福尼亚大学洛杉矶分校开发的手机附件将不到30美元，而这些手机的批量生产将不到30美元。

接下来，该论文的合着者Joh和Angus Hucknall，也是Chilkoti实验室的高级研究员，他们以前使用Chilkoti开发了聚合物刷技术，还将对利比里亚的原型工具进行现场测试，筛选参与者的血清瘦素水平为了更好地了解如何使用D4分析的诊断结果来监测和计划营养不良的治疗策略。团队还计划研究如何使用该工具执行更广泛的诊断。

Hucknall说：“ D4分析使我们能够用最少的资源进行高性能诊断测试，这使其成为增加获得敏感和定量诊断工具的有前途的平台。”

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