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食源性疾病作为全球范围内发生频率最高、分布最广泛的疾病之一，一直是人类社会公共卫生安全和疾病预防的主要目标据世卫组织统计，每年因食源性疾病致死的人数高达42万，且其中接近30%为五岁以下儿童那么，有没有针对此类疾病的便携检测手段或者原位分析方法可以实现快速即时的多种食源性疾病病原体检测呢？近日，。
美国德克萨斯大学埃尔帕索分校（University of Texas at El Paso, UTEP）的李秀军（XiuJun Li ）团队研发了一种不需要任何仪器的旋钮式多重条形图生物微芯片（Multiplexed Bar-Chart SpinChip，缩写为MB-SpinChip，图1），
高效地实现了多种食源性致病菌的同时检测及裸眼可视化定量。
图1. Multiplexed Bar-Chart SpinChip的原理示意图迄今为止，不胜枚举的实验室检测手段和微型测试装置被开发用于食源性疾病致病菌的精密筛查常规的辅助诊断方法涵盖了细胞培养、革兰氏染色、酶联免疫吸附测试（ELISA）以及聚合酶链式反应（PCR）等多种策略。
但它们都通常有耗时长、低通量、操作繁琐、成本昂贵等不利因素高成本的实验室检测既依赖于高端的精密仪器，又得配备专业的测试操作人员；而低廉的便携装置或者芯片又受限于低灵敏的信号读取，达不到完全无仪器辅助的终端定量分析。
这让此类检测产品的商用和推广遇到了瓶颈因此，提高用户体验，设计出廉价、易用、便携且灵敏的多种致病菌的同时定量检测微装置在即时检验（point-of-care testing，POCT）领域是个巨大的挑战。
李秀军团队发展的这种旋钮式多重条形图生物微芯片实现了真正的无仪器辅助一体化检测多种靶标，即多种致病菌的同时可视化定量信号读取由于在变质的食物或饮品中，腐化环境下的致病菌往往成分复杂，多种病菌的同时滋生对单一菌类检测方法会造成了假阴性错误以及检测定量上的偏差。
多重检测系统成为了解决这一实际样品检测难点的关键这是首次应用bar-chart芯片来同时检测多种细菌类病原体，但是因为bar-chart芯片是通过反应产生的压力来推动液柱的移动来检测靶标的，因此常规的彼此联通的多重检测的方法会造成bar-chart芯片在多重检测时各个靶标检测单元之间的压力相互干扰。
李秀军团队首创旋钮式导流层设计成功的解决了该难题，巧妙的实现了bar-chat芯片的多重检测该方法通过旋转上层芯片到不同的位置来控制样品的同时进样和各个靶标检测系统的关闭（图1），而不会造成各个检测单元之间的压力相互干扰。
该研究利用不同的核酸适配体来识别不同致病菌各通路标记有铂纳米颗粒（PtNPs）的核酸适配体特异性地绑定相应的致病菌，经过简易地甩动芯片触发纳米催化产气反应，多靶标信号同时扩增放大为气压信号在密闭芯片反应区内，急剧增加的气压推动染料形成多色的可视化液柱群，最终将靶标信号转导为裸眼可读的液柱移动距离。
以肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）为检测模型，该团队实现了微芯片上单一菌群的快速可视化定量检测，并且有效地推广到了大肠杆菌（Escherichia coli）和李斯特菌（Listeria monocytogenes
）的定量分析（图2）三种菌群在该芯片上的检测限（LOD）均可接近10 CFU/mL，满足各菌类在食品安全中的检出限且可与同类仪器辅助测试方法相媲美最后利用MB-SpinChip的多重检测体系，在多重菌群果汁样品检测中（图3），三种致病菌都被准确地检出（95%～110%的回收率）。
图2. 基于MB-SpinChip的食源性致病菌可视化定量检测及相关工作曲线。
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图3. 多种适配体传感器集成的MB-SpinChip多靶标同时定量检测李秀军团队研发的这种集成化生物微芯片具有无须辅助装置读取的低成本，小型化易便携，用户友好操作简便，快速可视化定量，以及多靶标同时检测等众多优势。
另外，纳米材料介导的产气催化反应具有极好的环境稳定性和出色的信号扩增放大特性，为该生物微芯片在其它领域病原体的高灵敏检测中提供了稳定的测试平台此项工作除了提供一种通用便携的病菌检测方法，也大大拓展了微流控可视化液柱定量检测的应用范畴。
除此之外，由于适配体识别体系目前应用广泛，因此基于该体系的生物微芯片测试方法具有广阔的应用前景，特别在个人饮食安全保障，公共卫生防疫领域下致病菌，传染病，以及癌症标记物等的现场便携检测中都将发挥重要作用。
目前，李秀军团队正致力于此研发的商业化推广阶段这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是在该团队的博士后魏晓峰（Xiaofeng Wei）博士该论文作者为：Xiaofeng Wei, Wan Zhou, Sharma T. Sanjay, Jie Zhang, Qijie Jin, Feng Xu, Delfina C. Dominguez, and XiuJun Li。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Multiplexed Instrument-Free Bar-Chart SpinChip Integrated with Nanoparticle-Mediated Magnetic Aptasensors for Visual Quantitative Detection of Multiple Pathogens
Anal. Chem., 2018, 90, 9888−9896, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b02055李秀军博士简介
李秀军，美国德克萨斯大学埃尔帕索分校（University of Texas at El Paso, 缩写UTEP）终身副教授，2008年于加拿大西蒙弗雷泽大学（Simon Fraser University，SFU）取得博士学位，2008至2009年在美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）从事博士后研究，2010年至2011年在哈佛大学（Harvard University）师从著名的George Whitesides教授从事博士后研究，2012年初就职于UTEP。
李秀军课题组的研究领域是面向微流控生物芯片和纳米技术在生物分析、生物医学和环境方面的应用，特别是专注于低成本诊断、病原体和癌症标志物的快速检测、纳米生物传感器、组织工程和单细胞分析等领域的创新和研发在相关领域发表SCI论文60余篇，包括以通讯作者发表的。
Adv. Drug Deliv. Rev.、Appl. Catal. B-Environ、Nanaoscale、Anal. Chem.、Chem. Commun.、Biosens. Bioelectron.、Lab Chip
等，发明专利16项，并在Elsevier出版专著Microfluidic Devices for Biomedical Applications；担任Nature Publishing Group旗下Scientific Reports
和Micromachines等多家期刊的资深编辑；曾获得“Bioanalysis New Investigator Award” (2014)、Outstanding Faculty Research Mentoring Award （2018和2016两次）, NIH BUILDING Scholar Mentoring Award (2017) 、UT STARS Award (2012)、Dean of Graduate Studies Convocation Medal from SFU(2009)以及中国国家优秀自费留学生奖（2004）等。
李秀军http://www.x-mol.com/university/faculty/46687 课题组链接http://li.utep.edu
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