研究人员开发了家用医疗诊断测试用智能手机驱动的微芯片

　　

   

   

明尼苏达大学双城分校的一个研究小组开发了一种用于诊断疾病的新型微流控芯片，该芯片使用最少的组件，可以通过智能手机无线供电。

资料来源:明尼苏达大学纳米结构与生物传感实验室

美国明尼苏达大学(University of Minnesota Twin Cities)的一个研究小组开发了一种用于诊断疾病的新型微流控芯片，该芯片使用最少的组件，可以通过智能手机无线供电。这项创新为更快、更实惠的家庭医疗检测打开了大门。

研究人员的论文发表在《自然通讯》杂志上。

微流体学涉及在非常小的尺度上研究和操作液体。该领域最受欢迎的应用之一是开发“芯片实验室”技术，也就是制造设备，通过非常小的生物样本(例如血液或尿液)诊断疾病。

科学家们已经有了用于诊断某些疾病的便携式设备——快速COVID-19抗原检测就是其中之一。然而，设计更复杂的诊断芯片的一个大障碍是，它们需要很多活动部件，例如，可以识别COVID-19的特定毒株或测量葡萄糖或胆固醇等生物标志物。

像这样的芯片需要材料来密封内部的液体，需要泵和管道来操纵液体，需要电线来激活这些泵——所有这些材料都很难缩小到微观水平。明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota Twin Cities)的研究人员发明了一种微流体装置，无需那些笨重的部件就能工作。

“在电子设备缩放方面，研究人员已经取得了极大的成功，但处理液体样本的能力还没有跟上，”明尼苏达大学双子城大学电子与计算机工程系教授、该研究的资深作者Sang-Hyun Oh说。“毫不夸张地说，一个最先进的微流控芯片实验室系统是非常劳动密集型的。我们的想法是，我们能不能把外壳材料、电线和泵一起去掉，让它简单些?”

许多芯片上的实验室技术通过在微芯片上移动液滴来检测样本内的病毒病原体或细菌。明尼苏达大学的研究人员的解决方案受到了世界上一种喝葡萄酒的人都熟悉的奇特现象的启发——“腿”，即酒瓶内由于酒精蒸发引起的表面张力而形成的长液滴。

Oh的实验室在2010年代早期开创了一项技术，研究人员将微小的电极紧密地放置在一块2cm × 2cm的芯片上，产生强大的电场，将液滴拉过芯片，并创造一个类似的液体“腿”来检测内部的分子。

由于电极之间的间距只有10纳米，因此产生的电场非常强，芯片只需要不到1伏特的电流就能工作。这种难以置信的低电压允许研究人员使用智能手机的近场通信信号来激活诊断芯片，这与商店中的非接触式支付使用的技术相同。

这是研究人员首次能够使用智能手机在没有微流体结构的情况下无线激活狭窄的通道，为更便宜、更容易获得的家用诊断设备铺平了道路。

“这是一个非常令人兴奋的新概念，”Christopher Ertsgaard说，他是该研究的主要作者，也是CSE最近的校友(ECE ph . 20)。“在这次大流行期间，我认为每个人都意识到在家、快速、即时诊断的重要性。有现成的技术，但我们需要更快更敏感的技术。通过规模化和高密度制造，我们可以将这些复杂的技术以更低廉的成本用于家庭诊断。”

Oh的实验室正在与明尼苏达州的初创公司GRIP Molecular Technologies合作，该公司生产家用诊断设备，将微芯片平台商业化。该芯片被设计用于检测液体样品中的病毒、病原体、细菌和其他生物标志物。

GRIP分子技术公司创始人兼总裁Bruce Batten表示:“要想在商业上取得成功，家用诊断设备必须低成本且易于使用。”“Oh教授的团队所实现的低电压流体运动，使我们能够同时满足这两个要求。GRIP有幸与明尼苏达大学合作开发我们的技术平台。将基础研究和转化研究联系起来对开发创新、转化产品至关重要。”

研究组还包括明尼苏达大学电气与计算机工程系的丹尼尔·克莱姆(19届博士)、柳大韩(16届博士)和博士生彼得·克里斯滕森。

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通过共振无线功率传输的开通道微流体