核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标，但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，该系统主要包含两大模块，分别是可以为不同类型临床样本提供多种核酸提取方法的全自动注射式核酸提取模块，以及基于微流控芯片的微纳体系多指标联合并行检测等温扩增核酸检测模块。这两大模块既可以单独发挥各自的功能，也可以组合成全集成注射式微流控芯片核酸分析系统，形成全集成自动化、微纳反应体系、快速、多指标联合并行检测的核酸检测分析平台。采用本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，分别对热带念珠菌标准株培养菌液和64例外阴阴道念珠菌感染疾病的临床拭子样本进行检测。结果显示：本系统对菌液的最低检测限为3.95×102 CFU/mL，而且样品制备更方便快捷，仅需1次加样操作，核酸提取时间为10 min；64例临床样本检测效果与金标准培养法相比，卡方检验为1，Kappa值为0.950，说明两种方法无显著差异，且一致性很高。本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，可以为临床多指标微纳体系核酸快速检测提供一个可靠的平台，为临床医疗应用提供精准快检技术与便捷分析仪器支撑。
医用光学 注射式 微流控芯片 全集成核酸分析系统 精准医疗应用
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 3.上海交通大学 医学院附属仁济医院, 上海市肿瘤研究所 癌基因与相关基因国家重点实验室, 上海 200032
4 4.上海市疾病预防控制中心, 上海 200336
新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019, COVID-19)疫情大流行引起全球对此重大突发公共卫生事件的高度关注。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)经过多次突变, 出现传染速度加快、免疫逃逸、隐匿性传播等特性, 令防控形势至今仍异常严峻。对患者的早发现、早隔离仍然是目前最有效的防控措施。因此, 迫切需要快速、高灵敏的检测手段来甄别此病毒, 以便及早识别感染者。本文简要介绍了SARS-CoV-2的一般特征, 并针对核酸、抗体、抗原及病原体作为检测靶标的不同检测手段及最新进展进行分类概述; 对一些光学、电学、磁学以及可视化的新型纳米传感器在SARS-CoV-2检测技术上的应用进行了分析。鉴于纳米技术的应用在提高检测灵敏度、特异性以及准确率上具有优势, 本文详细介绍了新型纳米传感器在SARS-CoV-2检测中的研究进展, 包括表面增强拉曼基生物传感器、电化学生物传感器、磁纳米生物传感器以及比色生物传感器等, 并探讨了纳米材料在新型生物传感器构建中的作用和挑战, 为纳米材料研究人员开发各种类型的冠状病毒传感技术提供思路。
SARS-CoV-2 检测方法 核酸 抗体 抗原 纳米材料 生物传感器 综述 SARS-CoV-2 detection method nucleic acid antibody antigen nanomaterial biosensor review 奚邦朝 1,2,3,4杨佳羽 1,2,3,4黄绍磊 1,2,3,4戴皓正 1,2,3,4[ ... ]张东旭 1,2,3,4,*
1 厦门大学公共卫生学院，福建 厦门 361102
2 分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室（厦门大学），福建 厦门 361102
3 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心（厦门大学），福建 厦门 361102
4 国家药品监督管理局传染性疾病检测技术研究与评价重点实验室，福建 厦门 361102
随着医学检验对核酸检测技术要求的不断提高，现场检测（POCT）已经成为该领域的研究重点和难点。为了规避目前使用的POCT核酸检测仪器的缺点，构建了一种直轴型多通道光学检测系统，兼顾实现了多通道核酸实时荧光检测与即地即检。首先，基于正交式几何关系搭建了光路；然后，设计了一种新的直轴型多通道集成与切换装置以实现多个荧光检测通道的实时切换；最后，通过仿真验证了光路设计的有效性，并将本系统集成于自主设计的聚合酶链式反应装置上，以新型冠状病毒标准品进行了实时荧光检测实验。实验结果显示：本系统的变异系数最小可达0.02%；通道分辨率最低可达0.49 ，且没有通道串扰。同时，拥有良好的现场检测能力，可以配合仪器完成“样本进、结果出”的现场检测，为核酸POCT的多通道实时荧光检测提供了一种新思路。
医用光学与生物技术 核酸现场检测 光路设计 多通道光学检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1722001
杨佳羽 1,2,3,4曾俊添 1,2,3,4奚邦朝 1,2,3,4刘国镪 1,2,3,4[ ... ]张东旭 1,2,3,4,*
1 厦门大学 公共卫生学院，福建 厦门 361102
2 厦门大学 分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室，福建 厦门 361102
3 厦门大学 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心，福建 厦门 361102
4 国家药品监督管理局传染性疾病检测技术研究与评价重点实验室，福建 厦门 361102
核酸现场快速检测具有便捷、操作简单、无需专用实验室、报告快速等优点，能在机场、社区医院、海关、野外等各种复杂环境中进行检测。建立了一种可应用于核酸现场快速检测仪器的荧光检测系统，包括非共聚焦式的正交光路与多通道检测集成结构。前者信噪比高、小型便捷；后者切换效率高，能满足多重检测，其嵌合结构极大降低了通道间的荧光串扰。实验证明，系统的检测下限低于1.6 μg/mL，荧光检测梯度性R2值（确定系数）均大于0.99，重复性测试的CV（coefficient of variance）值不超过1.27%。通道间荧光串扰测试表明，通道间无串扰问题，巨细胞病毒培养液的扩增实验准确性与稳定性较好，表明该系统能够针对多重检测进行有效荧光激发与采集。
核酸现场检测 聚合酶链式反应 荧光 实时 on-site nucleic acid detection polymerase chain reaction fluorescence real-time 
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Animal Inspection and Quarantine, Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing 100176, China
2 Research Center of GACC for international Inspection and Quarantine Standards and Technical Regulations, Beijing 100013, China
Viral diseases represent one of the major threats for salmonids aquaculture. Early detection and identification of viral pathogens is the main prerequisite prior to undertaking effective prevention and control measures. Rapid, sensitive, efficient and portable detection method is highly essential for fish viral diseases detection. Biosensor strategies are highly prevalent and fulfill the expanding demands of on-site detection with fast response, cost-effectiveness, high sensitivity, and selectivity. With the development of material science, the nucleic acid biosensors fabricated by semiconductor have shown great potential in rapid and early detection or screening for diseases at salmonids fisheries. This paper reviews the current detection development of salmonids viral diseases. The present limitations and challenges of salmonids virus diseases surveillance and early detection are presented. Novel nucleic acid semiconductor biosensors are briefly reviewed. The perspective and potential application of biosensors in the on-site detection of salmonids diseases are discussed.Viral diseases represent one of the major threats for salmonids aquaculture. Early detection and identification of viral pathogens is the main prerequisite prior to undertaking effective prevention and control measures. Rapid, sensitive, efficient and portable detection method is highly essential for fish viral diseases detection. Biosensor strategies are highly prevalent and fulfill the expanding demands of on-site detection with fast response, cost-effectiveness, high sensitivity, and selectivity. With the development of material science, the nucleic acid biosensors fabricated by semiconductor have shown great potential in rapid and early detection or screening for diseases at salmonids fisheries. This paper reviews the current detection development of salmonids viral diseases. The present limitations and challenges of salmonids virus diseases surveillance and early detection are presented. Novel nucleic acid semiconductor biosensors are briefly reviewed. The perspective and potential application of biosensors in the on-site detection of salmonids diseases are discussed.
salmonids virus detection nucleic acid test biosensors semiconductor Journal of Semiconductors
2023, 44(2): 023103
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
单分子生物检测技术是通过了解单分子层面上各生物分子间的动态特性，以发掘生物分子的结构与功能的高效技术。该技术的优势在于能够在单个分子上探测自由能的异质性，这是传统方法无法实现的。利用这一性能，研究人员可以解决复杂生物系统、多相催化、生物分子相互作用、酶系统和构象变化等长期存在的问题。在医疗检测方面，检测单个分子的具体信息或它们与生物因子的相互作用，不仅对癌症等各种疾病的早期诊断和治疗至关重要，而且在实时检测和精准医疗方面具有巨大的潜力。利用单分子生物检测高特异性和高精度的优势，实现对分子群中单个生物分子的实时检测，且可与阵列高通量分析相结合对临床样本进行精确诊断。本文简要介绍了单分子检测原理及其在生物传感方面的应用，在此基础上，重点概述了检测方法及相关应用，最后探讨了该研究方向的前景与发展方向。
单分子生物检测 核酸 纳米孔 蛋白质 异质性 single molecule biological detection nucleic acid nanopore protein heterogeneity 胡飞 1,2,4,5刘艳飞 1,2,4,5李希晨 1,2,4,5曹铭航 1,2,4,5[ ... ]张镇西 3,4,5
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710049
3 西安交通大学生命科学学院，陕西 西安 710049
4 西安市生物医学检测和高端装备重点实验室，陕西 西安 710049
5 陕西省生命科学检测仪器工程技术研究中心，陕西 西安 710049
核酸检测是病原体检测的必备流程，也是提升重大疾病和传染病应对能力、实施精准医疗的关键，在疾病防控、临床诊断、生物安全、环境监测等领域被广泛应用。目前临床上常用实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)方法进行核酸检测，但该方法的检测周期较长，且对实验室环境、硬件设备等的要求较高。本文提出了一种基于CRISPR/Cas12a(Cpf1)的核酸便捷化检测方法，并设计了一种现场快速便携式检测装置。基于前期开发的新型管中管耗材，本团队建立了基于肉眼或智能手机识别检测结果的单样本便捷核酸检测方法，并开发设计了多样本同时自动化检测的便携式小型化装置以及基于同轴光纤的荧光检测光路。基于上述方法和装置对新型冠状病毒核酸进行检测，检测灵敏度低于10 copy/μL，检测时间可缩短至32 min，检测过程中无需开盖，适用于家庭自检或现场快速检测。
生物光学 CRISPR/Cas12a 便携式检测装置 现场快速核酸检测 荧光检测光路 中国激光
2022, 49(15): 1507402
1 河北工业大学 机械工程学院，天津30040
2 河北省智能传感与人机融合重点实验室，天津300130
3 电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津0012
4 河北工业大学 生物物理研究所，天津30001
针对数字液滴聚合酶链式反应（droplet digital Polymerase Chain Reaction， ddPCR）核酸检测中数字聚合酶链式反应由液滴数量多、尺寸小、排列紧密、荧光强度不均匀而导致的液滴难以计数问题，提出一种图像处理方法，基于灰度遍历法采集图像的信息，通过微分分析法对液滴进行分类和计数，可准确采集ddPCR实验的图像信息。通过卷积算法去除图像中的噪声，使用灰度分布均衡化法增强图像的对比度。以灰度遍历的方式将图像在逐个阈值下二值化，并以几何条件为限制统计液滴数量。通过微分分析法对数据进行分析，得出荧光液滴与全部液滴的计数结果。在以人类gDNA（genomic DNA）为检测样本的ddPCR实验中，该算法的平均检测准确率为99.36%，与商用仪器算法和同类算法相比分别提高了2.24%，2.53%。该方法为ddPCR实验提供了可靠的检测结果，可更好地适用于ddPCR实验。
荧光斑点检测 数字液滴PCR 核酸检测 图像处理 图像分析 fluorescent spot detection droplet digital PCR nucleic acid detection image processing image analysis
1 厦门理工学院电气工程与自动化学院，福建 厦门 361024
2 厦门大学公共卫生学院，福建 厦门 361102
激发光的光斑大小和准直性能是评价核酸检测系统的荧光激发光路性能的重要指标。为此，提出一种用于核酸检测系统的荧光激发光路性能的标定方法。首先建立激发光的光斑模型和光路准直模型，利用MATLAB进行数值计算，再利用ZEMAX光线追迹仿真初步验证模型准确性，最后搭建激发光路准直性能测试平台，利用工业相机采集光斑，进行实验验证。激发光路出射光斑最大值为2.23 mm，光线出射角为1.72°。结果表明，建立的光斑模型和光路准直模型可以用来标定核酸检测仪器激发光路的性能，有效地解决了光斑难以被精准控制的问题，为光路准直评价提供了一种新的思路。
测量 核酸检测 激发光路 光路标定 光斑模型 准直模型 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0712003
光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3038
