研究人员开发联合家庭医疗诊断测试的芯片

明尼苏达双城大学的一个研究小组开发了一种新型微流控芯片用于诊断疾病,使用最小数量的组件,可以通过智能手机进行无线充电。创新开启了大门更快和更负担得起的家庭医学测试。研究者的论文发表在自然通讯。

微流体是液体的研究和操作在一个非常小的规模。最受欢迎的应用领域之一是发展“芯片实验室”技术,或创建设备的能力,可以从一个很小的生物样品诊断疾病,例如,血液或尿液。

科学家们已经便携式设备诊断一些conditions-rapid COVID-19抗原测试,。然而,工程更为复杂的一个大障碍诊断芯片,例如,识别特定的COVID-19或测量生物标志物如葡萄糖或胆固醇,是他们需要如此多的移动部件。

这样的芯片需要材料密封液体内,液体泵和油管操作,连接激活那些pumps-all材料很难扩展到微观层面。明尼苏达双城大学研究人员能够创建一个函数的微流体装置没有所有这些笨重的组件。

“研究人员已经非常成功的电子设备扩展时,但能够处理液体样品还没有跟上,“说Sang-Hyun哦,教授明尼苏达双城大学电子与计算机工程系和该研究的资深作者。“这不是夸张,最先进的微流控芯片实验室系统非常劳动密集型的总和。我们的想法是,我们可以摆脱封面材料,电线,和水泵,让它简单吗?”

许多芯片实验室技术工作通过移动液体滴在芯片检测病毒病原体或里面的细菌样本。明尼苏达大学的研究人员的解决方案的灵感来源于一种特殊的现实现象的葡萄酒饮用者将对“腿”或长滴形式在一个酒瓶由于表面张力引起的酒精的蒸发。

使用技术开创哦的实验室在2010年代早期,研究人员放置微型电极非常接近2厘米,2厘米的芯片,产生强大的电场,把水滴在芯片和创建一个类似的“腿”的液体检测分子内。

由于电极放置紧密(只有10纳米之间的空间),由此产生的电场是如此强大的芯片只需要不到一伏电功能。这个令人难以置信的低电压要求允许研究人员激活诊断芯片使用近场通信信号从一个智能手机,同样的技术用于非接触式支付在商店里。

这是第一次研究人员已经能够使用智能手机无线激活狭窄的通道没有微流体结构,铺平了道路更便宜,更容易家庭诊断设备。

“这是一个非常激动人心的,新概念,”Christopher Ertsgaard说,该研究的第一作者和最近的CSE校友(ECE博士。“20)。“这大流行期间,我认为每个人都意识到家庭的重要性,快速、现场即时诊断。有技术,但是我们需要更快和更敏感的技术。缩放和高密度制造,我们可以把这些先进的技术家庭诊断成本更便宜。”

哦,明尼苏达州的实验室正在与公司控制分子技术,制造家庭诊断设备,将芯片平台商业化。芯片设计已经广泛应用检测病毒、病菌、细菌和其他生物标记物在液体样品。

“商业上的成功,家庭诊断必须低成本和易于使用的,”布鲁斯·巴顿说,控制分子技术的创始人和总裁。“低压流体运动,比如哦教授的团队取得的成果,使我们能够满足这两个要求。控制有好运与明尼苏达大学合作的发展技术平台。连接基本和转化研究是至关重要的发展创新的管道,转换产品。”