Sci Adv | 光谱指纹诊断实现同质系统中生物标志物模式的空间独立分析|pcr|信号|光谱|指纹诊断|波长|荧光|通量

在均相体系（溶液体系）中进行生物标志物检测是体外诊断领域的核心基础。随着大家对癌症等疾病的了解越来越深，加上精准医疗的需求越来越迫切，能不能一次检测多种生物标志物，成了全面、准确判断每个人疾病特点的关键。目前，要实现“一次测多种”，大多采取把不同的生物标志物分在不同空间位置上检测，比如高效液相色谱、生物芯片等技术。但如果不做空间分离，直接在同一种溶液里完成多种检测，至今还是个难题。

基于荧光的PCR技术刚好能摆脱空间限制，可以直接在溶液里靶向检测多种物质，可不同荧光信号的波长容易重叠，限制了PCR技术的检测通量。目前研究主要盯着两个方向：一是开发波长独特的荧光染料，特别是从紫外线到红外线范围；二是设计信号强、发光范围窄的荧光染料。此外，研究者还尝试用“熔解曲线”技术克服光谱重叠问题并提高检测通量。不过这些方法虽然在提高通量方面取得了改进，却没能从根本上解决荧光信号重叠这个核心难题。

针对以上挑战，同济大学附属第十人民医院朱小立教授、李颖川教授和上海交通大学附属儿童医院翁文浩教授团队在Science Advances上发表了题为

Spectral Fingerprint Diagnosis: Spatially Independent Analysis of Biomarker Patterns in Homogeneous System

的研究论文。该工作创新建立了同质体系下的生物标志物检测平台（sf-PCR），利用三维荧光光谱指纹来描绘生物标志物的表达模式。sf-PCR是首次将三维荧光光谱检测技术应用于分子生物检测的分析范式，具有线性叠加性和可解码性，能够从根本上克服光谱重叠的限制。此外，sf-PCR 在癌症诊断和呼吸道病原体检测方面也展现出了临床潜力。这项研究进一步凸显了光谱指纹图谱在提高溶液检测通量方面的潜力。

研究团队利用传统的荧光素进行正交信号输出并收集三维荧光光谱信号作为独特的指纹，用于量化样品中多个靶标的丰度。结合信号放大、光谱指纹信号采集以及深度降维分析，实现了在溶液体系中的高通量生物标志物分析。研究团队首先发展了三维光谱的光谱解码方案，实现了单管10重检测。进一步结合深度降维分析将sf-PCR成功应用于结直肠癌（CRC）组织的多种甲基化基因和多种呼吸道感染病原体的同时检测。本研究克服了光谱重叠的限制和扩大了荧光团相容性，突出了sf-CPR作为多种临床应用工具的潜力。sf-PCR有望应用于与qPCR类似的场景，也更适用于中等通量靶标的快速检测。