自我供電式微流控紙基電化學即時診斷芯片
據(jù)悉，普渡大學的Ramses V. Martinez教授課題組推出一款新型的醫(yī)療檢測設(shè)備，其完全由紙制成，利用電化學方法分析生物標志物，通過紙張顏色變化反饋檢測結(jié)果，實現(xiàn)疾病診療的目的。
這是一款自我供電、紙質(zhì)版診斷裝置（self-powered,paper-based electrochemical devices，SPEDs）可以與便攜式恒電位儀相連，實現(xiàn)自我供電、自動化檢測過程，便于患者自己操作。
Ramses V. Martinez教授定義其為“便攜式即時診斷工具”，是自我供電的高端設(shè)備，不依靠其他能源和設(shè)備。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advanced Materials Technologies》期刊。
SPEDs的表層由未經(jīng)處理的纖維素紙構(gòu)建血液樣本的檢測通道，共設(shè)置了4個電化學檢測區(qū)域和10個比色分析區(qū)域。芯片上的“微流控通道”可以實現(xiàn)精準檢測，并且可以通過芯片上顏色的變化來反饋特定的檢測結(jié)果。
Martinez教授團隊通過自己開發(fā)的機器視覺算法可以準確讀取顏色信息，用于自動識別和量化10個比色分析區(qū)域的顏色變化。只需要使用手機拍照，獲取顏色圖像，便可以借助算法程序分析顏色變化背后的病理信息，從而為快速提供診斷結(jié)果創(chuàng)造了可能，并有望與遠程醫(yī)療結(jié)合。
這款設(shè)備的底層有一個“摩擦發(fā)電機”或者熱電發(fā)生器（TEG），通過摩擦或者擠壓便可以產(chǎn)生電流，該電流便可以支持運行診斷檢測，實現(xiàn)了自我供電功能。為了便于使用，研究人員設(shè)計一個廉價的手持裝置——恒電位儀，它可以與SPED簡易連接，便于患者自行檢測。
SPEDs有著低成本、輕便、靈活和便于快速使用的特點，其具體的檢測過程：將患者的血液點滴至設(shè)備的圓形區(qū)域，或者將SPEDs的“自我移液檢測區(qū)域”直接浸入樣本中。隨后，SPEDs（血液樣本分析）+便攜式恒電位儀（供電）+機器視覺算法（識別顏色編碼的信息）的組合，即可實現(xiàn)診斷過程。
SPEDs可以執(zhí)行“多路復用”（multiplexed）的分析任務，即檢測多種生物標志物，例如葡萄糖、尿酸、乳酸、酮、白細胞等等，這些指標與腎臟功能、營養(yǎng)不良和貧血有關(guān)。Martinez教授希望該檢測裝置可以服務于偏遠地區(qū)或者軍事基地的人，便于他們自行檢測疾病。下一步，研究團隊將繼續(xù)優(yōu)化這一設(shè)備，用于更復雜的檢測任務，例如登革熱、黃熱病、瘧疾、艾滋病和肝炎等疾病。
文章信息：Aniket Pal,Hugo E. Cuellar,Randy Kuang,et al. Self-Powered, Paper-Based Electrochemical Devices for Sensitive Point-of-Care Testing. DOI: 10.1002/admt.201700130
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