基于蓝光光盘技术的免疫检测便携式定量成像系统

生物微芯片技术凭借其高效、高通量地同时检测多种疾病生物标志物的独特优势，为疾病的早期诊断开辟了新途径。然而，传统生物芯片/微阵列分析依赖于复杂昂贵的显微镜或扫描设备，这极大地限制了其普及与应用。为克服这一瓶颈，通过创造性地将标准光驱改造为高效经济的激光扫描成像系统，不仅可以拓宽光盘分析技术的应用范围，还为生物医学检测领域带来全新的解决方案，具有广阔的应用前景和重要的临床价值。

近日，太原理工大学人工智能学院生物医学精准检测与仪器研究所李晓春教授（点击查看介绍）团队在Sensors and Actuators B: Chemical 期刊发表论文。研究者通过改造标准光驱构建了一种基于蓝光光盘技术的便携式激光扫描成像（BD-LSI）系统，用于高通量光盘基生物芯片分析。此外，特别设计了一套用户友好的自动化操作软件，该软件能够自动捕获分析图像和定量分析，极大地简化了操作流程，提高了检测效率。该论文太原理工大学为第一署名单位，第一作者为太原理工大学青年讲师张玲玲博士，共同通讯作者为李晓春教授和加拿大西蒙弗雷泽大学于化忠教授。太原理工大学硕士研究生徐鹏涛和山西医科大学第一医院杨泽华副主任参与了本工作。

图1. 基于标准蓝光光盘技术的便携式激光扫描成像系统示意图。（a）集成原型及其尺寸和构造。（b）BD-LSI系统主要硬件组件的设计原理及构成。（c）关键硬件组件之间的运行原理。图片来源：Sens. Actuator. B: Chem

图2. BD-LSI系统的数据处理原理与程序。（a）扫描过程中的射频信号拾取和转换。（b）数据处理程序示意图。底部插图展示了数据处理不同阶段的射频信号示波图。图片来源：Sens. Actuator. B: Chem

作者利用BD-LSI系统实现了复杂生物样本（如人血清）中抗缪勒管激素（AMH）的定量检测，检测限低至18 pg/mL，动态范围为0.05至25 ng/mL，对于优化个体化治疗方案以及降低卵巢过度刺激综合征风险具有重要意义。检测结果与临床实验室方法（CLIA）具有高度的一致性。

图3. 使用BD-LSI系统对AMH标准品的定量测定。（a）像素值与AMH浓度的关系。（b）使用BD-LSI系统检测AMH的线性校准曲线。图片来源：Sens. Actuator. B: Chem

图4. 使用CLIA方法对BD-LSI系统进行验证。（a）通过BD-LSI和CLIA测量的17个样本中AMH的浓度。（b）BD-LSI和CLIA测定17个样本结果之间的相关性。实线表示对所有17个被测样本的最佳线性拟合。（c）两种AMH测定方法之间的一致性的Bland-Altman图。图片来源：Sens. Actuator. B: Chem

小结

基于光盘光驱技术的创新应用，结合光盘基生物芯片的制备，所研发的BD-LSI系统，具有便携、成本低、易于操作的特点，有望成为复杂激光扫描和成像仪器的有力替代品。利用该系统成功实现了血清样本中抗缪勒管激素（AMH）定量检测，并且能够适应更多类型的免疫分析。尽管BD-LSI系统在商业化之前还需要经过更多的测试和审批流程，但是研究结果表明基于光盘/光驱的即时检测技术（如家庭和医生办公室）在生命科学研究和临床诊断领域具有巨大的应用前景与市场规模，该技术会进一步推动医疗技术的快速发展。

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Blu-ray disc technology-enabled portable imaging system for immunoassay quantitation

Lingling Zhang, Pengtao Xu, Xiaochun Li*, Zehua Yang, Hua-Zhong Yu*

Sens. Actuator. B: Chem, 2024, 419, 136376, DOI: 10.1016/j.snb.2024.136376

李晓春教授简介

李晓春教授，现任太原理工大学人工智能学院副院长，生物医学精准检测与仪器研究所所长。2007年于南开大学取得博士学位，2011年7月起就职于太原理工大学。中国电子学会生命电子学分会第八届委员，《生命科学仪器》、《实验与分析》编委，中国电子学会生命电子学分会高级会员，中国生物医学工程学会高级会员，中国化学学会会员。科技部、教育部、人社部、国家自然科基金委、山西省科技厅、河北省科技厅、安徽省科技厅评审专家。2011年作为国家公派访问学者赴加拿大西蒙弗雷泽大学开展研究工作。

主要从事面向医疗诊断、食品安全、公共安全等领域的新型检测技术与仪器的研发工作。主持国家级项目4项，省部级项目11项，横向项目3项，创新创业教改项目1项、教材建设项目1项、通识课程项目1项；在相关领域发表学术论文40余篇；以第一发明人身份授权发明专利14件(转让3件)；软件著作权登记11项。研究成果及研究事迹被山西卫视新闻频道、科教频道、黄河电视台以及山西日报、中国科学报、科学网、山西省政府网、Chemistry world等多家媒体进行专题报道。

https://www.x-mol.com/university/faculty/298957