紙質感應器可在 15 分鐘內進行快速心臟診斷

加州大學洛杉磯分校的研究人員團隊推出了一種深度學習增強型紙質垂直流分析(VFA)，能夠高靈敏度地檢測心肌肌鈣蛋白I (cTnI)，這是床邊醫療診斷的一項重大進步。這種創新的檢測方法具有使快速可靠的心臟診斷大眾化的潛力，特別是在資源有限的環境中。

心血管疾病 (CVD) 仍然是全球死亡的主要原因，每年導致超過 1900 萬人死亡。早期發現急性心肌梗塞 (AMI)，俗稱，對於改善患者治療效果和降低死亡率至關重要。然而，與傳統實驗室診斷設備相關的高成本和基礎設施要求往往限制了獲得高品質護理的機會，特別是在低收入和中等收入地區。

為了應對這項挑戰，加州大學洛杉磯分校的研究人員開發了一種高靈敏度垂直流測定 (hs-VFA)，它將傳統實驗室測試的精確性與即時檢測技術的便利性和經濟性結合起來。他們的發現詳細記錄在最近發表的一篇論文中ACS奈米，證明這個創新平台可以使用少量血清樣本在短短 15 分鐘內準確量化 cTnI 水平，使其成為緊急情況或偏遠地區快速診斷的理想選擇。

該平台的核心在於整合具有尖端奈米粒子放大化學的演算法。 hs-VFA 系統使用延時成像和計算分析來增強 cTnI（心臟損傷的關鍵生物標記）的檢測，檢測極限低至每毫升 0.2 皮克 (pg/mL)。這種靈敏度水平大大超過了目前的護理點設備，滿足高靈敏度肌鈣蛋白測試的臨床要求，這對於 AMI 的早期診斷至關重要。

該研究的資深作者、加州大學洛杉磯分校 Volgenau 工程創新主席 Aydogan Ozcan 教授表示：“我們很高興推出這種低成本、便攜式解決方案，它彌合了中央實驗室診斷和即時檢測之間的差距。” 。 “我們的紙質平台由深度學習提供支持，為目前醫院使用的笨重、昂貴的儀器提供了有效的替代方案。它有望為全球服務不足的人群提供先進的心臟診斷服務。”

hs-VFA 系統分兩個階段運作：初始免疫測定階段，接著是訊號放大階段。在免疫測定階段，此測試使用金奈米顆粒綴合物與血清中的 cTnI 結合。在訊號放大階段，金離子被奈米粒子催化，導致顏色變化，並被客製化設計的便攜式讀取器捕獲。然後深度學習演算法分析這些延時影像，以提高 cTnI 檢測的靈敏度和準確性。

在使用加標血清和臨床血清樣本的嚴格測試中，hs-VFA 表現出高精度，變異係數 (CV) 低於 7%。它也表現出與金標準實驗室分析儀的強烈相關性。重要的是，hs-VFA 也表現出廣泛的動態範圍，涵蓋 0.2 pg/mL 至 100 奈克/毫升 (ng/mL) 的 cTnI 濃度。此範圍使其不僅適合診斷心臟病發作，也適合長期監測高風險患者。

該平台的成本效益是另一個關鍵亮點。紙本檢測每次測試的成本不到 4 美元，而使用 Raspberry Pi 計算機和現成組件設計的便攜式閱讀器每台成本約為 170 美元。這種負擔能力對於在資源匱乏的環境中擴大獲得高品質診斷的機會至關重要，因為在這些環境中，傳統的實驗室基礎設施可能不可用。

該研究的第一作者、加州大學洛杉磯分校的博士後研究員 Gyeo-Re Han 博士說：“我們的目標是設計一個不僅可以在醫院使用，還可以在診所、藥房甚至救護車中使用的系統。” “在不同環境下快速檢測和量化肌鈣蛋白水平的能力可以使心臟病患者得到更快、更有效的治療，特別是在關鍵的院前護理階段。”

除了心臟診斷之外，研究人員相信 hs-VFA 平台還可以適用於其他關鍵的低豐度生物標記物，從而將其潛在應用擴展到醫療診斷的各個領域。該平台的便攜性、簡單性和經濟性使其成為許多情況下集中實驗室測試的可行替代方案，為改善全球範圍內的健康結果帶來了希望。

這項工作是透過加州大學洛杉磯分校電機與電腦工程系（Ozcan Lab）、生物工程系（Di Carlo Lab）和加州奈米系統研究所（CNSI）之間的合作得以實現的。