面向精准医疗的智慧医疗传感技术(3)

上述纳米孔测序工作仍在完善过程中，目前的信号灵敏度对单个碱基的分辨虽然不够准确，但随着采用更高灵敏度电学检测技术和将生物技术与纳米技术现结合，有可能利用纳米孔达到1000bp以上单根DNA无间断碱基序列读出。

更为快速、低廉的新一代测序技术的出现，极大地拓宽了基因测序的应用范围，尤其促进了分子诊断方法的革新。基于个体差异的分子诊断不仅可以从遗传学角度分析疾病的成因，而且可以从个体化施药的角度，分析个体差异对药物疗效的反应，以及个体抗药性的差异，因此将基因组测序技术作为精准医疗的起始点不仅是恰如其分的选择，也是技术发展的必然趋势。

3.2 高通量生物单分子检测

尽管基因测序技术从个体遗传信息提取角度为精准医学提供了诊断学基础，但是大量癌症并非遗传敏感，更多地显示出环境敏感性，那么个体的生活环境和生活方式成为癌症发生的主因。从医疗效果看，癌症的早期诊断成为治疗有效性最主要的要件。当影像学方法无法识别早期癌变组织时，分子诊断成为目前唯一可用的方法。

基于PCR扩增技术的基因分析，是分子诊断的主要方法，虽然这种方法被广泛研究和使用，但基因分析对癌症确认的有效性仍需要基础研究确认，尤其对癌症发展阶段缺乏量化指标；另一类基于单分子检测技术分析癌症标记物的方法，由于越来越多的癌症标记物被找到，正受到临床医学逐渐重视。一类典型的基于免疫检测原理开发的单分子ELISA检测，可以达到10-18g/ml的检测精度[7，8]。

通过将磁性微球表面组装抗体分子，用夹心法去捕获血清中极少量抗原分子，并组装酶链亲和素，然后将微球排列在相同大小微孔阵列中，通过荧光显色，捕获抗原分子的微孔中发生显色反应，计量显色微孔数目，形成Digital ELISA来得到单分子计数，该方法将传统的ELISA方法应用到单分子检测，对前列腺癌患者的检测效果表明，该方法具有临床实用性7，其原理如图3所示。

图3 Digital ELISA方法原理，（a）标记单克隆抗体的微球在血清中结合前列腺癌特异抗原，然后结合标有生物素的检测抗体，（b）将以上微球排列于微孔阵列中进行荧光显色，（c）微球填满在微孔阵列中的SEM照片以及（d）荧光显色后的结果，显色的微孔代表该微球捕获了抗原分子[7]Fig. 3 Scheme of Digital ELISA. （a） Single protein molecules are captured and labeled on beads using standard ELISA reagents，and （b） beads with or without a labeled immunoconjugate are loaded into femtoliter-volume well arrays for isolation and detection of single molecules by fluorescence imaging. （c） Scanning electron micrograph of a small section of a femtoliter- volume well array after bead loading. Beads were loaded into an array of wells. （d） Fluorescence image of a small section of the femtoliter-volume well array after signals from single enzymes are generated. Whereas the majority of femtoliter volume chambers contain a bead from the assay，only a fraction of those beads possess catalytic enzyme activity，indicating a single，bound protein molecule[7]

生物单分子检测技术继续正在发展过程中，随着各种原理的技术不断验证其临床有效性、便捷性和低成本，会有一大批实用的超高灵敏度生物分子检测仪器进入市场，不仅癌症早期诊断方法不断丰富，癌症成因及个体抗癌差异的分子生物学机理将会被不断解释，无论从诊断技术还是分子生物学数据累计，都为针对个体特异的精准医学提供方法和知识基础。

4 总结

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0627/451.html