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用智慧型手機掃描DNA!

上網時間: 2015年05月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:手機附件  DNA  掃描  螢光顯微鏡  醫療診斷 

加州大學洛杉磯分校(UCLA)研究人員們最近開發出一種新的手機附件裝置,能將任何智慧型手機變成一款DNA掃描螢光顯微鏡。這項創新可望對於醫療診斷帶來深遠影響,並再次展現如何有效利用智慧型手機來降低醫療成本,以及為開發中國家帶來先進的醫療診斷技術。

這款智慧型手機的附件包括一個外部透鏡、薄膜干涉濾光器、可微調的微型楔形榫頭支架,以及雷射二極體,全部封裝在一個以3D列印的小型方盒中,並整合成一款手持式螢光顯微鏡。

「DNA單分子在拉長時的寬度約2nm,」UCLA霍華德.休斯醫學院(HHMI)教授Aydogan Ozcan表示,「以透視來看,它使DNA較人的髮絲還細約50,000倍。目前,為單個DNA分子進行成像需要昂貴又龐大的光學顯微鏡工具,使其幾乎僅限於先進的實驗室設置才能進行。相形之下,這款適用於個人手機的附件裝置顯然就沒那麼昂貴了。」

雖然其他「智慧型手機變身顯微鏡」的裝置也能夠成像出較大規模的物件,例如細胞;但是,Ozcan的研究團隊最新開發出的這款智慧型手機光學附件,則是首款可成像DNA單分子纖薄鏈以及調整其大小的裝置。

該裝置主要用於遠端的實驗室設置,以診斷不同類型的癌症與神經糸統疾病,例如阿爾茲海默症(Alzheimer),以及偵測傳染病的抗藥性。為了利用手機上的相機,首先必須以螢光標記隔絕以及標示所需的DNA。Ozcan表示,如今,這種實驗室程序已經能在偏遠地區以及資源有限的環境下進行了。

為了掃描DNA,研究團隊開發出可執行在同一支智慧型手機上的運算介面,以及一款Windows智慧應用程式。掃描後的資訊可被傳送至遠端Ozcan實驗室中的伺服器,然後測量DNA分子長度。在連線可靠可情況下,完整的資料處理過程只需要10秒鐘的時間。


圖中顯示智慧型手機安裝該成像裝置與用戶介面,並以25美分硬幣作為對比。
(來源:UCLA)

在Ozcan的實驗室中,研究人員們成像螢光標記與拉伸DNA節段,為該裝置的準確度進行測試。結果發現它能夠可靠地倍增10,000個鹼基對或更長的DNA節段(鹼基對是構成DNA的基本結構單元)。許多重要的基因都落在這個大小範圍,包括為金黃色葡萄球菌與其他細菌提供抗生素抗藥性的細菌基因 ,大約有14,000個鹼基對長。

然而,由於較短節段時的訊噪比(SNR)偵測減少以及明顯差異,智慧型手機顯微鏡在5,000或更短鹼基對節段時的準確度急速下降。這時,必須將該裝置的現有透鏡置換成更高數倍數,就可以輕易地解決這個問題。

除了用於定點照護診斷,Ozcan建議該平台也可用於區別高分子量的DNA節段,從而有助於解決使用傳統凝膠電泳的問題——在生物化學和分子生物學中,這種凝膠電泳經常用來擴展DNA與RNA節段。接下來,Ozcan及其研究團隊計劃測試該領域的其他元件,進一步偵測與瘧疾有關的抗藥性。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Smartphone plug-in microscope can image and size DNA molecules,by Jean-Pierre Joosting)





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