带DNA扫描荧光显微镜的智能手机

2015-06-02 admin1
  如果你以为用手机扫描二维码就很先进了,保持淡定。近期,加州大学洛杉矶分校(the University of California, Los Angeles,UCLA)的研究人员研发出了一种能把任何手机变成DNA扫描荧光显微镜的设备。
 
  “将单个DNA分子拉伸之后,其宽度大概为两纳米,”霍华休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute,HHMI)所长,Aydogan Ozcan教授说道,“这样的话,拉伸后的单个DNA分子大约是人类一根头发的五万倍窄。目前,扫描DNA分子的光学显微镜又笨重又昂贵,还多为高级实验室设置。比较而言,我这项设备的组件可便宜了不少。”
 
  Ozcan的智能手机附件是将一个外置镜头、薄膜干涉滤光片、微型燕尾式平移台和一个激光二极管置于一个3D打印的小容器内,并将它们整合成一个荧光显微镜。
 
  其它智能手机转化成的显微镜最多只能对细胞等更大的物体成像,Ozcan团队最新的智能手机光学附件是第一个对单个DNA分子链成像的设备。
 
  这项设备将用于远程实验,来诊断多种癌症和神经系统疾病,比如阿尔茨海默病,并检测感染病的抗药性。为了使用此设备,首先要对DNA分子链进行荧光标定。Ozcan说这项实验室程序将可能在远程位置或资源有限的环境下实现。
 
  为了扫描DNA,研究团队研发了在同一个智能手机上运行的一个计算界面和Windows智能应用。设备扫描完DNA后,将数据发送给Ozcan实验室中的一个远程服务器,服务器会测量DNA分子的长度。假设数据连接很稳定,整个数据处理不会超过10秒钟。
 
  为了检测设备的准确性,Ozcan的团队对被荧光标记和拉伸的DNA片段成像。经测试,它能准确检测分析10000个碱基对以上的DNA尺寸(一个碱基对是DNA的基本结构单位)。许多重要的基因处于这种尺寸范围,包括一个因提供金黄葡萄球菌和其他细菌抗药性而臭名昭著的细菌基因,它有14000个碱基对那么长。
 
  然而,由于检测到信噪比和这样的短片段的对比的减弱,智能手机显微镜检测5000个碱基对或更少长度的片段的准确性显著降低。Ozcan说,只要将设备的镜头换成数值孔径更高的,问题就能被解决。
 
  Ozcan说他的平台除了应用于现场即时诊断,还能用于区分高分子量DNA片段,而这对传统凝胶电泳技术(一项在生物化学和分子生物学中被频繁用于确定DNA和RNA片段大小的技术)来说是成问题的。Ozcan的团队下一步准备检测疟疾抗药性来实地测试他们的设备。