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有了它,你的智能手机就能扫描DNA

信息来源 : 网络 | 发布时间 : 2015-07-14 18:23 | 浏览次数 : 495

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加州大学洛杉矶分校(UCLA)研究人员们最近开发出一种新的手机附件装置,能将任何智能手机变成一款DNA扫描荧光显微镜。这项创新可望对于医疗诊断带来深远影响,并再次展现如何有效利用智能手机来降低医疗成本,以及为开发中国家带来先进的医疗诊断技术。

  这款智能手机的附件包括一个外部透镜、薄膜干涉滤光器、可微调的微型楔形榫头支架,以及雷射二极管,全部封装在一个以3D打印的小型方盒中,并整合成一款手持式荧光显微镜。


  “DNA 单分子在拉长时的宽度约2nm,”UCLA霍华德.休斯医学院(HHMI)教授Aydogan Ozcan表示,“以透视来看,它使DNA较人的发丝还细约50,000倍。目前,为单个DNA分子进行成像需要昂贵又庞大的光学显微镜工具,使其几乎仅 限于先进的实验室设备才能进行。相形之下,这款适用于个人手机的附件装置显然就没那么昂贵了。”


  虽然其他“智能手机变身显微镜”的装置也能够成像出较大规模的对象,例如细胞;但是,Ozcan的研究团队最新开发出的这款智能手机光学附件,则是首款可成像DNA单分子纤薄链以及调整其大小的装置。


  该装置主要用于远程的实验室设置,以诊断不同类型的癌症与神经系统疾病,例如阿尔兹海默症(Alzheimer),以及侦测传染病的抗药性。为了利用 手机上 的相机,首先必须以荧光标记隔绝以及标示所需的DNA。Ozcan表示,如今,这种实验室程序已经能在偏远地区以及资源有限的环境下进行了。


  为了扫描DNA,研究团队开发出可执行在同一支智能手机上的运算接口,以及一款Windows智能应用程序。扫描后的信息可被传送至远程Ozcan实验室中的服务器,然后测量DNA分子长度。在联机可靠可情况下,完整的数据处理过程只需要10秒钟的时间。


  图中显示智能手机安装该成像装置与用户接口,并以25美分硬币作为对比


  图中显示智能手机安装该成像装置与用户接口,并以25美分硬币作为对比


  Source:UCLA


  在 Ozcan的实验室中,研究人员们成像荧光标记与拉伸DNA节段,为该装置的准确度进行测试。结果发现它能够可靠地倍增10,000个碱基对或更长的 DNA节段(碱基对是构成DNA的基本结构单元)。许多重要的基因都落在这个大小范围,包括为金黄色葡萄球菌与其他细菌提供抗生素抗药性的细菌基因 ,大约有14,000个碱基对长。


  然而,由于较短节段时的信噪比(SNR)侦测减少以及明显差异,智能手机显微镜在5,000或更短碱基对节段时的准确度急速下降。这时,必须将该装置的现有透镜置换成更高数倍数,就可以轻易地解决这个问题。


  除 了用于定点照护诊断,Ozcan建议该平台也可用于区别高分子量的DNA节段,从而有助于解决使用传统凝胶电泳的问题——在生物化学和分子生物学中,这种 凝胶电泳经常用来扩展DNA与RNA节段。接下来,Ozcan及其研究团队计划测试该领域的其他组件,进一步侦测与疟疾有关的抗药性。


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