加州大學洛杉磯分校的一組研究人員介紹了一種深度學習增強的基于紙張的垂直流動試驗(VFA)，能夠以高靈敏度檢測心臟肌鈣蛋白I (cTnI)，這在即時醫療診斷領域取得了重大進展。這種創新的檢測方法有可能使快速可靠的心臟診斷大眾化，特別是在資源有限的情況下。

　　心血管疾病仍然是全世界死亡的主要原因，每年造成1 900多萬人死亡。早期發現急性心肌梗死(AMI)，通常稱為心臟病發作，對于改善患者預后和降低死亡率至關重要。然而，與傳統實驗室診斷設備相關的高成本和基礎設施要求往往限制了獲得高質量護理的機會，特別是在低收入和中等收入地區。

　　為了應對這一挑戰，加州大學洛杉磯分校的研究人員開發了一種高靈敏度的垂直流動試驗(hs-VFA)，它結合了傳統實驗室測試的精確性和即時護理技術的便利性和可負擔性。他們的研究結果詳細發表在最近發表在ACS Nano上的一篇論文中，表明這種創新的平臺可以在15分鐘內使用少量血清樣本準確地定量cTnI水平，使其成為緊急情況或偏遠地區快速診斷的理想選擇。

　　該平臺的核心在于深度學習算法與尖端納米粒子擴增化學的融合。hs-VFA系統使用延時成像和計算分析來增強對ctni(心臟損傷的關鍵生物標志物)的檢測，檢測限低至每毫升0.2 picgrams (pg/mL)。這種靈敏度水平大大超過了目前的護理點設備，滿足了高靈敏度肌鈣蛋白檢測的臨床要求，這對AMI的早期診斷至關重要。

　　該研究的資深作者、加州大學洛杉磯分校Volgenau工程創新主席Aydogan Ozcan教授說:“我們很高興推出這種低成本、便攜的解決方案，它彌合了中央實驗室診斷和即時護理測試之間的差距。”“我們的紙質平臺以深度學習為動力，為目前醫院使用的笨重、昂貴的儀器提供了一種有效的替代方案。它有望為全球服務不足的人群帶來先進的心臟診斷。”

　　hs-VFA系統分為兩個階段:初始免疫測定階段，隨后是信號放大階段。在免疫分析階段，該測試使用金納米顆粒偶聯物與血清中的cTnI結合。在信號放大階段，金離子被納米顆粒催化，產生顏色變化，這種變化被定制設計的便攜式讀取器捕獲。然后，深度學習算法分析這些延時圖像，以提高cTnI檢測的靈敏度和準確性。

　　在使用加標和臨床血清樣本的嚴格測試中，hs-VFA顯示出高精度，變異系數(CV)小于7%。它還顯示出與金標準實驗室分析儀的強相關性。重要的是，hs-VFA還顯示了廣泛的動態范圍，覆蓋了從0.2 pg/mL到100納克/毫升(ng/mL)的cTnI濃度。這一范圍不僅適用于診斷心臟病發作，也適用于長期監測高危患者。

　　該平臺的成本效益是另一個關鍵亮點。紙質檢測每次檢測的成本不到4美元，而使用樹莓派電腦和現成組件設計的便攜式讀取器每臺的成本約為170美元。這種可負擔性對于在缺乏傳統實驗室基礎設施的低資源環境中擴大獲得高質量診斷至關重要。

　　“我們的目標是設計一個不僅可以在醫院使用，還可以在診所、藥店甚至救護車上使用的系統，”該研究的第一作者、加州大學洛杉磯分校的博士后研究員韓教熱(Gyeo-Re Han)博士說。“在不同環境下快速檢測和量化肌鈣蛋白水平的能力可以更快、更有效地治療心臟病發作患者，特別是在關鍵的院前護理階段。”

　　除了心臟診斷，研究人員認為hs-VFA平臺可以適用于其他關鍵的低豐度生物標志物，將其潛在的應用范圍擴大到醫療診斷的各個領域。該平臺的便攜性、簡單性和可負擔性使其成為許多條件下集中實驗室測試的可行替代方案，為改善全球范圍內的健康結果帶來了希望。

　　這項工作是通過加州大學洛杉磯分校電氣與計算機工程系(Ozcan實驗室)、生物工程系(Di Carlo實驗室)和加州納米系統研究所(CNSI)的合作才得以實現的。