全球化背景下，傳染病的快速爆發和傳播時刻威脅人類安全與健康，同時深刻而廣泛地影響社會經濟。如何在有限條件下，對相似癥狀傳染病的病原體進行快速鑒定，以便及時采取有效措施加以控制，正受到越來越多的重視。傳統的檢測方法基于PCR或側向流層析法，前者需要昂貴的實驗設備和專業人員操作分析，后者則難以實現多指標快速篩查。而新的條碼檢測法可實現多指標檢測，但仍需要昂貴的實驗設備。 本文介紹了一種利用量子點條碼芯片，以及智能手機的攝像頭和應用軟件，制作出便攜性極佳的低成本檢測設備的方法。這套檢測系統實現了在有限的條件下對多種相似癥狀傳染病的快速篩查（圖1）。研究人員首先利用了量子點本身高熒光效率、寬激發譜、窄發射譜、耐光漂白等優良的熒光特性（圖2），降低了后期設備開發中的激發光源和采樣設備成本，同時大大提高了便攜性。通過組合不同的量子點，制成直徑3μm的聚苯乙烯-量子點條碼微球，每種條碼連接不同的捕獲探針。同時在微流控芯片的玻璃基質上刻蝕出3μm的小坑，條碼微球便可均勻分散在芯片上而不聚集（圖1）。檢測實際樣本時，采用了低成本的重組酶聚合酶擴增法（Recombinase Polymerase Amplification，RPA），獲得陽性樣本的特征性DNA片段，一部分與條碼微球上的探針互補，另一部分與帶有第二熒光標記的檢測探針互補。通過單一紫外光源激發（405nm）、通過一組簡單的顯微鏡頭和430LP濾鏡直接由智能手機的成像系統記錄芯片上條碼微球的種類（顏色）、位置、數量，通過另一光源（655nm）激發檢測探針的第二熒光信號，通過軟件以陰性條碼微球上的第二熒光信號強度作為閾值，統計每種條碼微球的陽性數量（第二熒光信號強于閾值），最終獲得樣本是否呈陽性的結論（圖3）。該研究對多種疾病，包括艾滋病（HIV）、乙肝（HBV）、丙肝（HCV）、三種甲型流感（H1N1、H3N2、H5N1）、以及乙型流感進行了檢測，與流式細胞儀等檢測方法比較均有很好的一致性（圖4）。 該工作充分利用了量子點熒光材料的優良熒光特性，簡化了檢測設備，實現了與復雜、高成本檢測設備相似的檢測效果，可在復雜和條件受限的條件下進行快速篩查檢測。最后，研究者還進一步設計了黑盒系統，更接近于最終產品的形式。以上成果對于傳染性疾病的快速預防和控制有積極意義，同時也對于目前越來越受到追捧的醫療健康產業與IT行業的整合發展所需求的下一代便攜、簡單的檢測產品開發具有啟示作用。該文發表于美國化學學會出版的NANO雜志上。 圖1，基于量子點條碼微球的微流控芯片和基于智能手機的光學檢測設備。 圖2，兩種傳統有機染料“Yellow”、“Nile Blue”和兩種量子點材料的熒光性能比較。（第一行為四種熒光材料的標準吸收光譜和發射光譜，第二行為制成的條碼微球的顯微照片，第三行為不同激發光源條件下發射光譜的變化，第四行為180秒內耐光漂白性能。） 圖3，檢測7種疾病的標準樣品的檢測限和實際顯微照片（顯微照片展示的黃色條碼球為HBV，綠色條碼球為HCV，紅色條碼球為陽性對照，檢測含有HCV DNA片段樣品，a圖使用405nm激發，430LP濾光片成像，獲得條碼微球的種類、位置、數量信息， b圖使用655nm激發，692/40濾光片成像，可知黃色條碼球呈陰性，綠色和紅色條碼球陽性，符合預期） 圖4，對實際樣本采用RPA方法結合量子點條碼微球芯片和智能手機成像系統進行多指標篩查評價。