团队开发无线便携式泪液分析传感器，通过眼泪灵敏检测眼病
眼泪是由泪腺分泌的，其在全身循环并接触到身体的各个器官和组织。眼泪含有蛋白质、多肽、脂质、代谢物和电解质，可以作为多种疾病的生物标志物，不仅包括眼部疾病（例如干眼综合症、角膜炎、夜盲症、急性结膜炎等），还包括系统性疾病（例如癌症、糖尿病、帕金森病、阿尔茨海默病、囊性纤维化和多发性硬化症等）。此外，与血液检测相比，泪液分析更加方便、无创，且患者耐受性好。因此，泪液分析已成为临床监测健康的常规检查。
然而，现有的泪液分析方法面临着三大障碍：1）泪液中目标分子的浓度极低（通常在皮摩尔水平）；2）可收集的泪液量很小（仅微升水平）；3）同时检测多种生物标志物有困难。这些挑战不可避免地导致了不准确的诊断。此外，基于质谱和或免疫分析的方法通常需要大型分析实验室设备，这使得POCT即时检测变得困难。
近日，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任医师与苏州大学功能纳米与软物质研究院王后禹教授、何耀教授合作，在 Advanced Materials 期刊发表了题为：Framework Nucleic Acids Combined with 3D Hybridization Chain Reaction Amplifiers for Monitoring Multiple Human Tear Cytokines 的研究论文。
该研究开发了一种无线便携式泪液分析传感器，仅需3mL泪液即可灵敏检测泪液中的干眼综合症（DES）相关的四种细胞因子（IFN-γ、IL-6、TNF-α、MMP-9），检出限低至0.1 pg/mL。该研究为开发个性化、准确诊断多种眼病的泪液传感器奠定了基础。
在这项研究中，研究团队开发了一种无线便携式泪液分析传感器，可以对泪液中的四种细胞因子——干扰素-γ（IFN-γ）、白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）进行灵敏的定量分析。这四种泪液细胞因子与干眼症（DES）密切相关。
该传感器的检测策略基于DNA四面体框架（DTF）与三维杂交链反应（3D-HCR）放大器的偶联。近期，框架核酸使制造用于癌症诊断、药物递送、生物计算和智能治疗的多维有序纳米结构成为可能。此外，杂交链反应（HCR）提供了在各种环境中对分子信号进行多重、等温、无酶放大的解决方案，因此已被用于生物检测、原位成像和DNA纳米结构的构建。然而，其在泪液分析中的应用仍存在空白。
在这项新研究中，研究团队利用DNA四面体框架（DTF）有效地捕获了具有可控多分支臂的3D-HCR产物。3D-HCR产物的组装由特定细胞因子触发，传统的1D-HCR具有不可控多分支臂，表现出相对较低的扩增效率，而3D-HCR产物显示出11.0倍的电化学信号增强。3D-HCR器件能够以100pg/mL、1pg/mL、1pg/mL和0.1pg/mL的检测限对MMP-9、IFN-γ、IL-6和TNF-α进行灵敏检测，且仅需3mL眼泪。
研究团队使用所开发的传感器和商业ELISA试剂盒对临床干眼症（DES）样本进行的双盲测试显示，两者之间没有显著差异。与单一生物标志物诊断相比，基于多种生物标志物的这种传感器的诊断准确性提高了约16%。
总的来说，该研究所开发的系统为泪液传感器提供了潜力，促进了各种眼病的创新诊断方法的开发，有望实现对各种眼病的个性化和准确诊断。长期以来，洪佳旭主任和何耀教授团队围绕角膜病的关键临床问题展开攻关，相关药物和器械研发均已推进至临床研究阶段，建立了良好的“临床-科研-转化”协作范式。
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