快速荧光检测技术助力结核病的即时检测
2022-01-27 08:38:56 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
根据FluoResYst联盟成员iC-Haus提供的信息，该检测技术的关键创新是将快速荧光效应与快速探测器相结合。新型单光子雪崩二极管（SPAD）将成为光子即时医疗系统的核心。
新型单光子雪崩二极管（SPAD）将成为光子即时医疗系统的核心。
时间分辨荧光技术用于耐药结核病检测
据麦姆斯咨询报道，德国一支研究团队正在开发一种基于荧光技术的结核病（TB）新型快速检测系统，这主要得益于德国Photonik Forschung Deutschland框架协议部分资助的一个为期三年、投入510万欧元的项目。
“FluoResYst”项目由位于德国不伦瑞克的诊断公司Lionex的Mahavir Singh协调组织，于一月初召开了首次会议。该项目最终目标是开发出快速紧凑型系统，用于检测结核病感染中的多重耐药性。
该项目涉及八位合作伙伴，其中包括位于德国博登海姆的专业集成电路制造商iC-Haus，位于德国波茨坦的弗劳恩霍夫细胞治疗与免疫学研究所（Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology），以及位于德国耶拿的Microfluidic ChipShop。
时间分辨荧光技术
根据世界卫生组织于2021年10月发布的关于该主题的最新报告显示，在新冠肺炎（Covid-19）出现之前，结核病是单一传染病的首要死亡原因，排名高于艾滋病（HIV/AIDS）。
据世界卫生组织对2020年的评估显示，艾滋病病毒阴性人群中有130万人死于结核病，而艾滋病病毒阳性患者中有21.4万人死于结核病。这两组数据均高于2019年结核病死亡人数总数，而且又回归到了2017年的水平。
作为世界卫生组织的一个主要目标，也是联合国的目标之一，是到2030年结束结核病大流行趋势。但是其中日益严重的问题在于结核分枝杆菌的多重耐药变体的发生率，特别是在发展中国家，由于缺乏实验室基础设施，快速诊断更具挑战性。
这正是FluoResYst联盟正在寻求解决的问题，期望利用光子学技术来提供即时诊断，而无需大型的中央实验室。
根据该项目摘要，该检测平台的原理是基于时间分辨荧光测量技术，但无需通常实验仪器所需的复杂光学元件和波长滤光片。
“这是利用皮秒（脉冲）激光器和SPAD阵列实现的，SPAD阵列的开关时间针对检测寿命较短的荧光染料进行了优化。”项目摘要解释道，“这种分子-生物-生化方法包含了一种新的检测方法，它可以点亮多重耐药性基因，从而利用荧光染料结合抗体的荧光猝灭效应来检测它们。”
快速SPAD阵列至关重要
根据FluoResYst联盟成员iC-Haus提供的信息，该检测技术的关键创新是将快速荧光效应与快速探测器相结合。
“这种创新方法旨在缩短复杂生化检测的人工实验步骤，并使其适用于仪器；另一方面，通过集成光电元件来实现快速检测和评估。”iC-Haus报告称。
另外，iC-Haus补充道：“如果加入了带有目标基因片段的样本，这种结合就会溶解，DNA就会发光。”
荧光是一种快速的物理过程，其中被吸收的光将在初始吸收的纳秒内，以更长的波长重新发光。
“为了设计出兼顾成本效益的探测系统，激发光和荧光发光都要通过其衰减时间来区分，而非利用昂贵的光学滤光片。”iC-Haus解释道，“用于猝灭效应的荧光染料在纳秒范围内具有非常短暂的余辉时间。为了利用时间分辨率来测量多重耐药性基因，就需要非常快的图像传感器以及更快的激光器作为激发光，以便在皮秒范围内关闭开关。”
对于iC-Haus在FluoResYst项目中的角色，这意味着需要开发新型集成电路，尤其针对基于以千兆赫速度运行的新型SPAD图像传感器。
我们希望将生化荧光猝灭抗体分析与时间分辨荧光的光子集成相结合，可以产生一种新的诊断方案，这将大大简化目前需要复杂昂贵仪器的诊断方法。
“因此，该平台的开发将不仅改善结核病的诊断和多重耐药性的测定，而且还将通过加速现场诊断，为遏制该疾病作出贡献。”iC-Haus解释道，“该平台对其他多重耐药检测的适应性，也将优化经常受耐药性影响的其他传染病诊断方法。”
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