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专利代理发布时间：2026-04-16 18:24:45 浏览: 次

来自南洋理工大学的一个科学家团队开发了一种新的生物芯片，当与人工智能（AI）结合时，可以快速准确地检测到极少量的mRNA，这些微小的遗传标记与心脏病等疾病有关。

成果发表于科学期刊《先进材料》，新的生物传感平台结合了专门设计的纳米光子芯片和AI自动图像分析。

只需将一滴血加载到芯片中，即可快速检测多种mRNA生物标志物。凭借其集成的AI成像功能，可以在单次快照中成像和分析成千上万的mRNA信号。

与目前检测微RNA的黄金标准——PCR（聚合酶链反应）检测法相比，这种新设备可以将检测时间从数小时缩短至20分钟。PCR检测法通过多次复制微量遗传物质进行检测。

mRNA是帮助调节体内基因的短RNA分子。由于mRNA水平的变化与许多疾病有关，科学家们一直在研究它们作为心血管疾病、神经退行性疾病和代谢性疾病等可能的生物标志物。

南洋理工大学陈宇成副教授领导了电气与电子工程学院的这项研究，他说，团队的目标是建立一个可以快速准确地测量多种微RNA的系统，有可能检测与多种疾病相关的生物标志物。

通过针对不同生物标志物的正确探针，这项技术有可能适应许多其他疾病，包括心血管和病毒性疾病，陈教授解释道。

未来，可能使用血液或唾液样本在一个自动系统中同时筛查数百甚至数千种生物标志物。这可以支持大规模筛查，并可能有助于推动个性化医疗的发展。

团队已经构建了一个紧凑型原型，其中包括一个可以捕捉纳米光子芯片图像的彩色相机，以及一个移动电话应用程序，该应用程序旨在使用人工智能算法分析图像以检测mRNA，并提供快速结果。

mRNA非常小，通常发现的量很少，并且密切相关的mRNA可以共享相似的序列，这使得它们难以区分。为了克服这一点，南洋理工大学团队设计了一个纳米腔，这是一种比人类头发宽度的数百倍还要小的微小光陷阱结构。

形似洞穴内衬镜子的纳米腔，反射并增强荧光信号，当目标微RNA与匹配探针结合时，这些信号会发光。这使得检测单个mRNA分子变得更加容易。

与需要标记探针的PCR和杂交试剂盒不同，NTU平台可以直接定量检测液体样品中的多种mRNA。

该平台还使用了一种名为Mask R-CNN的深度学习模型来自动分析显微镜图像。

一个自动化的AI成像系统一次性捕捉mRNA信号，之后，AI系统识别和分类荧光信号，并区分不同类型的mRNA，从而消除手动计数的需要并减少人为错误。

当合成的mRNA被添加到生物提取物中时，该平台表现良好，这表明它在更现实的样本条件下也能可靠地工作。

研究人员表示，该平台可以检测极低浓度的mRNA，低至样品中的几个分子，并在不同测试通道中对其目标的识别准确率超过99%。

目标是创建一个可以直接测量多种mRNA的平台，具有非常高的敏感性和高通量。通过结合纳米光子信号增强和基于AI的图像分析，能够在几分钟内检测到成千上万个纳米腔体中的RNA分子。

可以从以下方向申请专利：

1、核心设备与系统，一种集成纳米光子芯片与AI图像分析的生物传感平台。

核心：保护整个检测系统的集成结构，包括纳米腔阵列芯片、光学成像模块、以及运行特定AI模型的处理器的组合。

2、关键方法，基于纳米腔增强荧光信号进行超灵敏核酸检测的方法。

核心：保护利用所述特定结构的纳米腔来捕获目标分子并增强其荧光信号，从而实现单分子级别检测的方法。

3、应用与试剂盒，用于同时检测多种疾病相关mRNA生物标志物的试剂盒。

核心：保护一个包含所述生物芯片以及针对特定疾病（如心脏病）的一组特异性探针的完整检测试剂盒。这是直接面向市场的产品。

4、数据处理与系统，基于AI的mRNA检测图像分析软件/算法。

核心：保护经过专门训练、用于从纳米腔阵列图像中自动分割、识别和量化不同颜色/位置荧光信号的深度学习模型及其软件实现。

5、研发与筛选平台，用于发现或验证新生物标志物的高通量筛选平台。

核心：保护将该系统作为研究工具，用于在临床样本中快速、大规模地筛查与疾病相关的未知mRNA表达谱的方法。

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关键词：如何申请专利专利申请

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