配备有盘式SiO2纳米纤维滤膜和蓝光设备自动化疟疾诊断系统的研发

Sci. Rep.：配备有盘式SiO2纳米纤维滤膜和蓝光设备的自动化疟疾诊断系统的研发

DOI:10.1038/s41598-020-63615-2

迫切需要开发一种自动化的疟疾诊断系统，能够方便、快速地检测疟原虫，并确定临床血液样本中感染疟疾的红细胞比例。在这项研究中，研究者开发了一种定量的、可移动的、全自动的疟疾诊断系统，该系统配备了盘式SiO2纳米纤维滤膜和蓝光设备。滤膜从血液样本中去除白细胞和血小板，这会干扰蓝光设备对疟疾的准确检测。研究者认为，由于圆盘的旋转，滤膜可以通过离心力自动操作，在短短30s内即可达到较高的白细胞去除率（99.7％）和血小板去除率（90.2％）。与常见的快速诊断测试（灵敏度=98.1％，特异性=54.8％）相比，自动化系统对肯尼亚274名无症状个体血液中恶性疟原虫的检测表现出更高的灵敏度（100％）和特异性（92.8％）。这表明该系统有望成为缺乏基本基础设施的地方医疗机构使用的常规方法的替代策略。

图1.全自动定量疟疾诊断系统的设计。（a）该系统由一个图像读取器（上部）和一个扫描盘（下部）组成。（b）扫描盘（左）和过滤器单元（右）的整体视图。过滤器单元具有一个排气孔（箭头）和一个样品注入口（箭头）。扫描盘的横截面示意图和颤振单元设计的细节在补充图S2中显示。（c）荧光图像读取器由平板电脑（上部）和配备有蓝光光学组件的主体（下部）组成。

图2.盘式SiO2纳米纤维装置用于去除白细胞的评估。检测区域上剩余的白细胞。剩余白细胞的中位数为44（第一四分位数为7，第三四分位数为280）。使用肯尼亚人的血液样本（n=274）进行分析。

图3.荧光蓝光光学系统对疟原虫、白细胞和血小板的区分。扫描盘上的（a）疟原虫（左）和白细胞散布（右）。微分干涉对比显微图像（上）、常规荧光显微图像（中）和由荧光蓝光图像读取器捕获的荧光图像（下）。（b）带有疟原虫的红细胞（黑线）、未感染的红细胞（橙色虚线）和白细胞（蓝色虚线）的荧光强度分布。在补充图S8中，沿着每个图像中的黄色箭头测量荧光强度。（c）借助荧光蓝光图像阅读器分析了疟原虫（左）、血小板（中，箭头）和红细胞上的血小板（假阳性）的荧光图像。

图4.SiO2纳米纤维过滤芯片的制备。（a）具有腔结构的SiO2纳米纤维过滤芯片的工序流程。（b）SiO2纳米纤维的精细图案（形成SiO2纳米纤维需要同时使用Si衬底和铂催化剂）。

图5.使用自动疟疾诊断系统进行疟疾诊断的过程。（a）疟疾自动诊断系统涉及的手动步骤：血液采样、注入扫描盘和设置扫描盘。（b）在离心力作用下稀释后的样品。（c）通过自动疟疾诊断系统在检测区域内获取的红细胞荧光图像。 （上）获取荧光图像，（中）红细胞以单层形式排布。（下）在检测区域对疟原虫（箭头）进行了荧光染色。圆盘上恶性疟原虫感染的红细胞的高倍放大荧光图像。在单细胞水平上定量分析目标疟疾寄生虫。

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文章来源：易丝帮