新型泪液分析传感器：两分钟诊断干眼症

2024-06-06 17:36:22 来源：科技日报

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干眼症由泪液不足或成分异常导致，常见症状有眼睛发红或干涩疼痛、迎风或见光流泪、视力下降等。据《中国干眼专家共识（2020年）》，我国干眼症发病率达21%—30%。

6月4日记者获悉，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院主任医师洪佳旭与苏州大学功能纳米与软物质研究院教授王后禹、何耀合作，开发了一种用于干眼症诊断的无线便携式泪液分析传感器。该传感器只有U盘大小，检测只需3微升泪液，使用毛细管从内眼角吸取泪液即可，不侵入眼睛，操作简便。检测时间短至2分钟，检测数据能够实时由蓝牙传送到手机或电脑，医生可以使用数据分析软件进行诊断。相关论文近日发表在国际期刊《先进材料》上。

目前，临床上诊断干眼症的主要方法是试纸检测，需要将试纸置入眼皮内部观察浸湿长度。这种方法的缺点是刺激眼睛，且有误诊可能。通过检测眼泪中的4种细胞因子（即特定的蛋白质）可以诊断干眼症。但由于泪液采集量通常仅为微升级别（毫升的千分之一），因此只能用昂贵的检测盒检测。目前，该方法主要用于科研，不能普惠临床。

为了精准测出干眼症相关微量细胞因子，科研团队想到了一种“放大”技术——杂交链式反应（HCR）。HCR的产物好比一个能放大微量目标物质的放大镜，它可以特异性识别目标物质并不断组装特定核酸，使其首尾相接，形成越来越长的链条，这样识别起来就方便多了。

一般的HCR产物是一根由核酸分子组成的链条，如同一根长长的钢管。但泪液中的细胞因子数量太少，单支“钢管”的放大效果远远不够。为此，研究团队尝试在这些链条上添加一些短的分岔，如同给钢管装上分支，这样原本一根根孤立的“钢管”就能通过分岔组装成二维的网格，但“放大倍数”还是不尽如人意。于是研究人员又把这些网格一张张叠起来，组成脚手架一样的立体三维结构，以获得满意的效果。“三个方向的‘网’捉到的‘鱼’，总比只有一个方向的‘网’多。”洪佳旭说。

拼装脚手架需要合适的钢管。单支“钢管”上的分岔长度、方向和间隔距离必须符合一定规格，才能横平竖直地组装成网格，再严丝合缝地叠装成“脚手架”。经过反复实验和调整，团队终于生产出规格合格的单维HCR产物，然后用它们制造三维HCR产物，产率接近100%，为未来的量产化打下良好基础。这就如同设计好的钢管，只要按照规则搭建脚手架，就不会有多余材料浪费。

在团队研发的传感器中，有4个不同的电极，分别用来捕获4种不同的细胞因子，三维HCR产物就被固定在这些电极上。检测时，工作人员在泪液中加入检测溶液，相关细胞因子与检测溶液中的适配体结合后，会被相应的电极捕获到，再被HCR产物放大。通过一系列电化学过程，放大后的细胞因子能在电极上形成电流。电流被传感器分析后形成数据，传输到手机或电脑，就能看到泪液中这些细胞因子的具体含量。

同样是检测泪液中的细胞因子，相比科研中使用的检测盒，团队开发的传感器效果更好、性价比更高。检测盒需要的泪液量在几十微升，一次只能检验一种细胞因子，耗时一天左右，价格高达数千元。而该传感器检测一次只需要2分钟，使用的一次性检测芯片成本不过几元钱，整个设备使用期限长达5年。传感器配套软件通过综合4种细胞因子指标，对干眼症的诊断准确率达到100%，比检测盒的单一指标准确率高16%。

由于这种传感器成本低廉、操作简单，未来，普通人或许也可以像使用验孕试纸、新冠抗原一样，使用该传感器自行在家检测自己是否患有干眼症，或是将检测数据上传到个人健康档案，为远程诊断提供参考。

论文第一作者、苏州纳米技术与生物医学重点实验室博士研究生卢星介绍，干眼症只是这种传感器能诊断的疾病之一。通过替换检测溶液和一次性芯片，它可以检测更多种类的细胞因子，进而诊断多种不同眼病。目前，团队已为该传感器申请专利，正在进行产业化的前期准备工作，预期量产后将投入临床试验。