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中国又出新突破：巴掌大设备一滴血或可筛早期癌症，灵敏度暴涨1万倍
【文/观察者网 王一】
据香港《南华早报》5月25日报道，中国科研团队已将原本冰箱大小的癌症检测系统压缩成可以手持的设备，在不久的将来，或许只需一滴血就可以筛查早期癌症，且检测灵敏度是传统方法的约1万倍。
传统的血液癌症生物标志物检测设备通常需要棱镜、光谱仪和复杂的光路系统，因此设备体积庞大，往往与双开门冰箱相当，只能在实验室或专业检测机构中使用。而西湖大学文燎勇团队13日在《自然-光子学》杂志发表论文，提出全新的“辐射调Q复变传感机制”，将庞大的检测系统压缩至手掌大小。
3D BIC超表面芯片晶圆与手掌大小检测系统 西湖大学
与传统依赖波长分析的光谱技术不同，该方法通过测量光强变化实现检测。如果将样本中折射率变化（即生物标志物存在时，光线穿过样本发生弯曲的程度）的可测范围，比作一把1米长的刻度尺，该系统能识别出相当于几微米级别的极微小变化。
为了实现这一目标，文燎勇团队借助了可规模化复制的3D BIC超表面芯片，这类超材料能以自然材料无法实现的方式操控光传播。
报道指出，该研究建立在去年发表于《自然·材料》的成果之上，当时研究团队利用铝材料实现了从纳米到宏观尺度的高精度制造。
基于超表面的传统光学芯片通常需要通过电子束光刻逐点“书写”，类似逐字抄写一本书，因此难以规模化生产，每片芯片成本高达数百美元。而文燎勇团队将芯片制造从类似“书籍复制”时代推进到了“活字印刷”的阶段：先制备母版，再进行批量复制，使得在一块8英寸晶圆上可一次性生产数千个高度一致的芯片，且单个芯片的成本降至约5美元。
由于新机制仅需测量光强，整个检测系统结构得以极大简化，仅由一个3D BIC超表面芯片、一个LED光源和一个光电探测器组成。组装后的设备体积小巧，可在家庭环境中使用，而无需依赖实验室条件。
为验证系统性能，文燎勇团队与厦门大学朱锦峰团队合作，用这款设备检测肺癌相关的小细胞外囊泡——这类囊泡是液体活检领域的重要标志物，但在早期患者体内含量极低，检测难度很大。
检测结果显示，新研发的手持设备的检测灵敏度比传统酶联免疫吸附试验（ELISA）提高约一万倍。在171例临床血清样本验证中，该设备对早期肺癌检测的准确率最高达到了94.9%，而传统ELISA方法仅为74.7%。术后疗效监测也显示出良好的区分能力，术后监测AUC（曲线下面积）达到92.1%。
这款设备的应用前景远不止于癌症筛查。据西湖大学介绍，药物研发人员可以用它快速筛选候选分子，判断哪种药效更好；疾控中心可以用它检测新冠病毒或流感病毒；食品安全部门可以用它筛查牛奶中的抗生素残留、肉类中的瘦肉精；环保机构可以用它监测水中的微量污染物……凡是需要高灵敏、无标记地捕捉分子结合的地方，这个手掌大小的设备都能派上用场。
文燎勇团队 西湖大学
文燎勇2019年作为特聘研究员（PI／博导）加入西湖大学工学院，开展新型多元纳米结构材料及其多功能器件研究工作。此前，他曾先后以资深研究员、博士后研究员的身份在德国伊尔姆瑙工业大学和美国康涅狄格大学工作。
他表示，微纳制造技术作为现代信息社会的核心支撑技术，已被广泛应用于光、电、磁信号交互等领域，正在成为推动数字化与智能化转型的重要力量。
本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。
- 责任编辑: 赖家琪
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