DOI:10.1038/s41598-020-63615-2
迫切需要開發一種自動化的瘧疾診斷系統，能夠方便、快速地檢測瘧原蟲，并確定臨床血液樣本中感染瘧疾的紅細胞比例。在這項研究中，研究者開發了一種定量的、可移動的、全自動的瘧疾診斷系統，該系統配備了盤式SiO2納米纖維濾膜和藍光設備。濾膜從血液樣本中去除白細胞和血小板，這會干擾藍光設備對瘧疾的準確檢測。研究者認為，由于圓盤的旋轉，濾膜可以通過離心力自動操作，在短短30s內即可達到較高的白細胞去除率（99.7％）和血小板去除率（90.2％）。與常見的快速診斷測試（靈敏度=98.1％，特異性=54.8％）相比，自動化系統對肯尼亞274名無癥狀個體血液中惡性瘧原蟲的檢測表現出更高的靈敏度（100％）和特異性（92.8％）。這表明該系統有望成為缺乏基本基礎設施的地方醫療機構使用的常規方法的替代策略。
圖1.全自動定量瘧疾診斷系統的設計。（a）該系統由一個圖像讀取器（上部）和一個掃描盤（下部）組成。（b）掃描盤（左）和過濾器單元（右）的整體視圖。過濾器單元具有一個排氣孔（箭頭）和一個樣品注入口（箭頭）。掃描盤的橫截面示意圖和顫振單元設計的細節在補充圖S2中顯示。（c）熒光圖像讀取器由平板電腦（上部）和配備有藍光光學組件的主體（下部）組成。
圖2.盤式SiO2納米纖維裝置用于去除白細胞的評估。檢測區域上剩余的白細胞。剩余白細胞的中位數為44（第一四分位數為7，第三四分位數為280）。使用肯尼亞人的血液樣本（n=274）進行分析。
圖3.熒光藍光光學系統對瘧原蟲、白細胞和血小板的區分。掃描盤上的（a）瘧原蟲（左）和白細胞散布（右）。微分干涉對比顯微圖像（上）、常規熒光顯微圖像（中）和由熒光藍光圖像讀取器捕獲的熒光圖像（下）。（b）帶有瘧原蟲的紅細胞（黑線）、未感染的紅細胞（橙色虛線）和白細胞（藍色虛線）的熒光強度分布。在補充圖S8中，沿著每個圖像中的黃色箭頭測量熒光強度。（c）借助熒光藍光圖像閱讀器分析了瘧原蟲（左）、血小板（中，箭頭）和紅細胞上的血小板（假陽性）的熒光圖像。
圖4.SiO2納米纖維過濾芯片的制備。（a）具有腔結構的SiO2納米纖維過濾芯片的工序流程。（b）SiO2納米纖維的精細圖案（形成SiO2納米纖維需要同時使用Si襯底和鉑催化劑）。
圖5.使用自動瘧疾診斷系統進行瘧疾診斷的過程。（a）瘧疾自動診斷系統涉及的手動步驟：血液采樣、注入掃描盤和設置掃描盤。（b）在離心力作用下稀釋后的樣品。（c）通過自動瘧疾診斷系統在檢測區域內獲取的紅細胞熒光圖像。 （上）獲取熒光圖像，（中）紅細胞以單層形式排布。（下）在檢測區域對瘧原蟲（箭頭）進行了熒光染色。圓盤上惡性瘧原蟲感染的紅細胞的高倍放大熒光圖像。在單細胞水平上定量分析目標瘧疾寄生蟲。
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