纸质传感器可在 15 分钟内进行快速心脏诊断

加州大学洛杉矶分校的研究人员团队推出了一种深度学习增强型纸质垂直流分析 (VFA)，能够高灵敏度地检测心肌肌钙蛋白 I (cTnI)，这是床旁医疗诊断的一项重大进步。这种创新的检测方法具有使快速可靠的心脏诊断大众化的潜力，特别是在资源有限的环境中。

心血管疾病 (CVD) 仍然是全球死亡的主要原因，每年导致超过 1900 万人死亡。早期发现急性心肌梗死 (AMI)，俗称，对于改善患者治疗效果和降低死亡率至关重要。然而，与传统实验室诊断设备相关的高成本和基础设施要求往往限制了获得高质量护理的机会，特别是在低收入和中等收入地区。

为了应对这一挑战，加州大学洛杉矶分校的研究人员开发了一种高灵敏度垂直流测定 (hs-VFA)，它将传统实验室测试的精确性与即时检测技术的便利性和经济性结合起来。他们的发现详细记录在最近发表的一篇论文中ACS纳米，证明这一创新平台可以使用少量血清样本在短短 15 分钟内准确量化 cTnI 水平，使其成为紧急情况或偏远地区快速诊断的理想选择。

该平台的核心在于整合具有尖端纳米粒子放大化学的算法。 hs-VFA 系统使用延时成像和计算分析来增强 cTnI（心脏损伤的关键生物标志物）的检测，检测限低至每毫升 0.2 皮克 (pg/mL)。这种灵敏度水平大大超过了当前的护理点设备，满足高灵敏度肌钙蛋白测试的临床要求，这对于 AMI 的早期诊断至关重要。

该研究的资深作者、加州大学洛杉矶分校 Volgenau 工程创新主席 Aydogan Ozcan 教授表示：“我们很高兴推出这种低成本、便携式解决方案，它弥合了中央实验室诊断和即时检测之间的差距。” 。 “我们的纸质平台由深度学习提供支持，为目前医院使用的笨重、昂贵的仪器提供了有效的替代方案。它有望为全球服务不足的人群提供先进的心脏诊断服务。”

hs-VFA 系统分两个阶段运行：初始免疫测定阶段，随后是信号放大阶段。在免疫测定阶段，该测试使用金纳米颗粒缀合物与血清中的 cTnI 结合。在信号放大阶段，金离子被纳米粒子催化，导致颜色变化，并被定制设计的便携式读取器捕获。然后深度学习算法分析这些延时图像，以提高 cTnI 检测的灵敏度和准确性。

在使用加标血清和临床血清样本的严格测试中，hs-VFA 表现出高精度，变异系数 (CV) 低于 7%。它还表现出与金标准实验室分析仪的强烈相关性。重要的是，hs-VFA 还表现出广泛的动态范围，涵盖 0.2 pg/mL 至 100 纳克/毫升 (ng/mL) 的 cTnI 浓度。该范围使其不仅适合诊断心脏病发作，还适合长期监测高危患者。

该平台的成本效益是另一个关键亮点。纸质检测每次测试的成本不到 4 美元，而使用 Raspberry Pi 计算机和现成组件设计的便携式阅读器每台成本约为 170 美元。这种负担能力对于在资源匮乏的环境中扩大获得高质量诊断的机会至关重要，因为在这些环境中，传统的实验室基础设施可能不可用。

该研究的第一作者、加州大学洛杉矶分校的博士后研究员 Gyeo-Re Han 博士说：“我们的目标是设计一个不仅可以在医院使用，还可以在诊所、药房甚至救护车中使用的系统。” “在不同环境下快速检测和量化肌钙蛋白水平的能力可以使心脏病患者得到更快、更有效的治疗，特别是在关键的院前护理阶段。”

除了心脏诊断之外，研究人员相信 hs-VFA 平台还可以适用于其他关键的低丰度生物标志物，从而将其潜在应用扩展到医疗诊断的各个领域。该平台的便携性、简单性和经济性使其成为许多情况下集中实验室测试的可行替代方案，为改善全球范围内的健康结果带来了希望。

这项工作是通过加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系（Ozcan Lab）、生物工程系（Di Carlo Lab）和加州纳米系统研究所（CNSI）之间的合作得以实现的。