一种快速、经济且准确的结核病（TB）检测方法——作为全球单一传染性病原体致死的首要原因——展现出巨大前景。
500万美元的前景。
电气与生物医学工程（EBME）教授朱晓山（Xiaoshan Zhu）及其同事在2024年1月获得65万美元拨款验证概念后，又赢得了美国国家科学基金会（NSF）第二阶段500万美元资助，用于开发此检测工具。
“这对朱晓山和他的团队来说是一次重大突破，”电气与生物医学工程系主任萨米·法达利（Sami Fadali）表示。
朱晓山与同事——微生物学与免疫学教授大卫·奥科因（David AuCoin）、EBME副教授徐昊（Hao Xu）、EBME教授朴正元（Jeongwon Park）、市场营销副教授托马斯·伯恩汉姆（Thomas Burnham）以及定量方法与学习科学教授刘乐平（Leping Liu）——开发出掺锰量精准的量子点，适用于生物传感应用。这些量子点以特殊方式发光，使其成为生物传感的理想选择。当施加光脉冲激发这些微小的“掺锰”粒子（其尺寸比头发宽度小数万倍）后，即使不再提供激发光，它们仍能持续发光约1毫秒。这种延迟发光现象，即时间分辨荧光，使测量不受背景光干扰，从而获得更准确的读数。
以上简要解释了支持朱晓山结核病检测方案的科学基础。若成功，该技术有望助力2035年终结结核病这一持续的公共卫生挑战。
填补结核病诊断市场空白
朱晓山团队与行业合作伙伴QueueD Insights共同提出一种基于时间分辨荧光（即延迟发光）的即时检测传感器。在早期概念中，患者提供尿液样本于试纸上，试纸设计用于结合结核病相关生物标志物（常规仪器无法检测）。试纸中的掺锰量子点将附着于结核病生物标志物，传感器通过发射光脉冲并测量发光情况判断患者是否感染结核病。
相比现有检测方法（可能涉及痰液、血液样本或皮试，且需实验室及专业医疗人员操作和解读），该方案更快捷易行。
该检测工具还具备高灵敏度，增强对HIV阴性患者的诊断能力（此类患者检测更具挑战性）。此外，QueueD Insights团队依据广泛认可的产品目标指南，力求将测试成本控制在每例6美元以下、设备2000美元以内。
朱晓山在第二阶段资助申请中指出，团队工作的主要意义在于“提供广泛可及、高灵敏度的即时检测传感器，填补结核病诊断的市场空白”。
“科学向来如此”
若即时检测传感器能诊断病症的概念听起来像科幻小说，那是因为它曾是：1960年代电视剧《星际迷航》中，麦考伊医生（Dr. McCoy）挥动小型“三录仪”（tricorder）为患者诊断。
朱晓山的平台理论上可上传至智能手机，功能类似虚构的三录仪——通过测量物质吸收能量后发出的光，并基于其他科学家的研究成果构建而成。
本质上，该平台使用掺锰量子点，在光照下以特定方式发光，可显示体内异常（即潜在健康问题）。平台将利用成像和人工智能技术分析这些异常信号的含义。
朱晓山自2012年启动该领域研究，开始开发适用于医疗和科学工具的优化掺锰纳米晶体。他与同事于2018年在《合金与化合物杂志》发表论文《Mn掺杂AZIS/ZnS纳米晶体（NCs）：Ag和Mn含量对NC光学特性的影响》。
2021年，朱晓山与同事维奥莱塔·德米略（Violeta Demillo）获得相关粒子专利，研究持续深入。
2022年3月，朱晓山与三位同事在在线期刊《IEEE传感器快报》发表论文，详细阐述一种可在纳米级微小尺度测量光的新型传感器。论文《基于低能量可激发长寿命荧光纳米标签的紧凑高灵敏度时间分辨光学读取器》指出，该设备将比现有技术更灵敏且便携。
如今，凭借NSF第二阶段资助，朱晓山与QueueD Insights团队有机会将此技术应用于结核病诊断实践。
开发一项惠及人类的技术概念需多年研究，并建立在其他科学家成果之上。朱晓山团队虽已抵达关键节点，但他深知支撑其结核病检测工具的量子点与时间分辨荧光科学工作，将由后人继续推进。“下一步工作属于其他人，”他说，“科学向来如此。”
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