可打印工具实现敏感的诊断测试
杜克大学的生物医学工程师发明了一种便携式诊断工具，可以像市场上最敏感的检测一样准确地检测出疾病的迹象，同时将等待结果的时间从几小时甚至几天缩短到15分钟。
这种被称为D4检测的诊断工具是一种独立的检测工具，它通过喷墨将一系列抗体打印在带有不粘剂聚合物涂层的玻片上测验它可以从一滴血中检测出低水平的抗原(疾病的蛋白质标记物)。通过创建一个敏感、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标准实验室诊断技术的地区。
该平台于2017年8月7日在美国国家科学院院刊．
除了检测疾病，医护人员还使用诊断工具来评估疾病的严重程度，计划有效的治疗策略，并跟踪个人对治疗的反应。虽然一些检测，如横向流动检测，快速、便携、易于使用，但它们通常不够敏感，无法提供特定生物标志物存在或不存在以外的信息，因此医护人员通常需要使用定量方法来确定感染的严重程度。
目前，定量诊断测试的金标准是酶联免疫吸附试验(ELISA)，它可以确定生物样本中存在多少特定抗原。虽然ELISA是市面上检测寨卡病毒和艾滋病毒等疾病或追踪血液中激素水平最敏感的免疫分析工具之一，但它需要训练有素的研究人员或液体处理机器人设备遵循一系列耗时的步骤，以确保没有多余的蛋白质粘附在检测方法上，使结果复杂化。该测试还需要庞大的实验室仪器进行数据分析，因此在资源有限的环境中设备不足。
另外一个并发症是，ELISA平台可能需要长达24小时才能显示检测结果，这通常意味着即使疾病继续传播，治疗也会延迟。
D4检测允许临床医生在不牺牲敏感性或准确性的情况下避免这些问题。这种新的检测方法可以在短短15分钟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读取结果，该附件使用手机的摄像头读取结果，使该工具能够在即时护理环境中用于快速诊断。
与ELISA平台一样，D4检测方法使用一对匹配的抗体来检测和捕获血液样本中的目标蛋白。该阵列包含两种类型的抗体-固定化捕获抗体和可溶性检测抗体-它们被标记为荧光标记，使研究人员能够确定存在多少抗原。当将一滴血放在载玻片上时，检测抗体溶解，从阵列中分离出来，并与血液中的目标蛋白质结合。这些荧光抗体-蛋白质对然后附着在仍在载玻片上的捕获抗体上。
但与ELISA或横向流动测试等其他诊断测试不同，D4检测的抗体阵列打印在一种新型聚合物刷涂层上。当样品放在载玻片上时，涂层就像聚四氟乙烯一样防止非目标蛋白附着在载玻片表面。通过防止不需要的蛋白质与检测结合，聚合物刷通过消除芯片上的“背景噪声”，更容易检测低水平的目标蛋白质。
杜克大学生物医学工程系(BME)主任、该论文的资深作者Ashutosh Chilkoti说:“该检测的真正意义在于聚合物刷涂层。”“聚合物刷允许我们在芯片上存储所需的所有工具，同时保持简单的设计。”
使用D4检测，研究人员不需要像ELISA测试那样遵循复杂的工作流程来清除载玻片上的非目标蛋白。相反，他们只需要在缓冲溶液中清洗载玻片，以去除任何多余的颗粒。
为了验证其检测方法的准确性，研究小组进行了一项临床试验，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平台观察到的水平进行比较。杜克大学医学院(Duke University School of Medicine)儿科学教授、这篇论文的资ob体育开户网址深作者迈克尔·弗雷马克(Michael Freemark)此前的一项研究表明，低血瘦素水平可以预测严重营养不良儿童的死亡率和并发症。瘦素水平通常使用ELISA检测，但研究人员认识到，如果他们可以使用D4检测来准确检测瘦素水平，该工具可以用于为那些在资源有限的环境中患有营养不良的人制定更好的治疗方案。该研究发现，D4检测的结果与ELISA检测的结果一致。
“最酷的是，我们的检测方法可以在15分钟内达到与ELISA相当的灵敏度，如果需要进一步的灵敏度，可以使用更长的孵育时间，”Chilkoti实验室的医学博士研究生、论文的合著者Daniel Joh说。“这种设备也可以与横向流动测试相比较，横向流动测试的速度非常快，不到5分钟就能获得读数，但这种测试没有那么灵敏。这真的是两全其美。”
与ELISA不同，D4检测是一种高度便携的工具，因为干燥的载玻片在运输过程中不需要冷藏。这种设计还具有成本效益——joh和他的合作者估计，D4芯片的成本将低于1美元，而加州大学洛杉矶分校开发的手机附件在批量生产时将低于30美元。
接下来，该论文的合著者、Chilkoti实验室的高级研究员Joh和Angus Hucknall还将在利比里亚对原型工具进行现场测试，筛查参与者的血清瘦素水平，以更好地了解如何使用D4检测的诊断结果来监测和规划营养不良的治疗策略。该团队还计划研究如何使用该工具进行更广泛的诊断。
Hucknall说:“D4检测使我们能够以最少的资源进行高性能诊断测试，使其成为增加获得敏感和定量诊断工具的有前途的平台。”
