陰道是女性體內(nèi)必不可少的微生態(tài)區(qū)域。它是女性生殖道的組成部分，也是其與外界連接的唯一通道，因而它的穩(wěn)定性與女性健康密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)，每年因陰道分泌物異常而就診的人次約高達(dá)1000萬次。但細(xì)菌性陰道炎是一種非常私密的疾病，且復(fù)發(fā)率非常高，中國(guó)女性往往因傳統(tǒng)觀念不愿或沒有時(shí)間去醫(yī)院檢查，從而造成非常嚴(yán)重的后果。因此，開發(fā)一個(gè)允許女性在家完成陰道炎癥檢測(cè)的系統(tǒng)至關(guān)重要。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自江蘇大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種自吸式微流控芯片，該芯片可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣，從而節(jié)省采樣時(shí)間，并能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的充分混合。此外，研究人員還發(fā)明了一種手持式微型顯微鏡裝置，它具有適配智能手機(jī)的光學(xué)放大系統(tǒng)和變焦范圍為2mm的聚焦系統(tǒng)。同時(shí)，研究人員還開發(fā)了一種用于陰道分泌物細(xì)菌快速鑒定的APP。總體而言，該項(xiàng)工作設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)只有手掌大小，具有高分辨率和便攜性，可用于即時(shí)檢測(cè)（POCT）中陰道分泌物的快速檢測(cè)。

自吸式微流控芯片的設(shè)計(jì)

研究人員設(shè)計(jì)的芯片尺寸為2cm × 5cm，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以能夠更好地混合樣品為宗旨。如圖1所示，a為采樣區(qū)（直徑為3mm），b為用于樣品擴(kuò)散的混合區(qū)（直徑為2mm），c為用于將微生物均勻混合的緩沖通道（寬度為2mm），d為觀測(cè)區(qū)域（直徑為2mm）。

圖1 微流控芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由一個(gè)微透鏡組（由多個(gè)具有37倍放大功能的高倍微透鏡組成）、一個(gè)智能手機(jī)閃光燈和一個(gè)全反射棱鏡組成。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)放大的功能，研究人員使用智能手機(jī)的閃光燈作為光源。當(dāng)光源垂直照射在全反射棱鏡上時(shí)，光路發(fā)生變化，使得反射光路通過樣品載玻片和微透鏡組，最終得到由智能手機(jī)拍攝的放大后的樣品顯微照片。

圖2 手持式顯微鑒定系統(tǒng)示意圖：（A）系統(tǒng)操作流程示意圖；（B）手持式顯微鏡內(nèi)部原理示意圖。

球菌和桿菌的鑒定

在對(duì)手機(jī)采集的樣本圖片進(jìn)行基礎(chǔ)圖像處理后，研究人員對(duì)細(xì)菌輪廓進(jìn)行特征提取和圓度計(jì)算。通過對(duì)550張模擬樣本圖像的分析，可以得出球菌鑒定算法的準(zhǔn)確率為90.76%，鑒定誤差為6.12%。但是，即使在臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，鑒定誤差也是不可避免的。因而，只要鑒定出的球菌數(shù)量大于或等于實(shí)際球菌數(shù)量，該算法也可以作為確定陰道分泌物水平的有效方法。

圖3 細(xì)菌鑒定、APP設(shè)計(jì)及鑒定誤差：（a）細(xì)菌的圖像處理；（b）APP界面和圖像處理流程；（c）基于手機(jī)算法對(duì)球菌進(jìn)行鑒定的誤差。

陰道炎癥水平診斷的靈敏度

為了研究女性陰道分泌物的水平，研究人員模擬并設(shè)置了四組實(shí)驗(yàn)，并對(duì)100個(gè)樣品進(jìn)行了檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鑒定算法的計(jì)數(shù)結(jié)果與觀測(cè)人員計(jì)數(shù)的結(jié)果呈線性關(guān)系，且算法對(duì)陰道炎癥的鑒定結(jié)果與觀測(cè)人員一致，鑒定準(zhǔn)確率達(dá)95%。

圖4 臨床樣本：（a）四組臨床樣本的原始圖像；（b）鑒定和計(jì)數(shù)后的圖像。

綜上所述，研究人員設(shè)計(jì)了一種基于微流控芯片的手持變焦顯微成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)和智能手機(jī)結(jié)合可以清楚地看到球菌和芽孢桿菌的形態(tài)差異，其分辨率可以小于3μm。同時(shí)，研究人員設(shè)計(jì)的APP鑒定算法也能準(zhǔn)確判斷炎癥程度，準(zhǔn)確率達(dá)95%。此外，使用所提出的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)臨床樣本進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果與臨床診斷一致。總的來說，用這種方法檢測(cè)女性陰道環(huán)境的健康狀況是可行的，可以達(dá)到在家快速檢測(cè)的目的。不過，對(duì)于算法的優(yōu)化，研究人員還需要在未來進(jìn)行進(jìn)一步的研究。