自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片 - 汶颢股份
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自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

据悉,普渡大学的Ramses V. Martinez教授课题组推出一款新型的医疗检测设备,其完全由纸制成,利用电化学方法分析生物标志物,通过纸张颜色变化反馈检测结果,实现疾病诊疗的目的。

自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

这是一款自我供电、纸质版诊断装置(self-powered,paper-based electrochemical devices,SPEDs)可以与便携式恒电位仪相连,实现自我供电、自动化检测过程,便于患者自己操作。

自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

Ramses V. Martinez教授定义其为“便携式即时诊断工具”,是自我供电的高端设备,不依靠其他能源和设备。相关研究成果发表在《Advanced Materials Technologies》期刊。

SPEDs的表层由未经处理的纤维素纸构建血液样本的检测通道,共设置了4个电化学检测区域和10个比色分析区域。芯片上的“微流控通道”可以实现精准检测,并且可以通过芯片上颜色的变化来反馈特定的检测结果。

自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

Martinez教授团队通过自己开发的机器视觉算法可以准确读取颜色信息,用于自动识别和量化10个比色分析区域的颜色变化。只需要使用手机拍照,获取颜色图像,便可以借助算法程序分析颜色变化背后的病理信息,从而为快速提供诊断结果创造了可能,并有望与远程医疗结合。

自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

这款设备的底层有一个“摩擦发电机”或者热电发生器(TEG),通过摩擦或者挤压便可以产生电流,该电流便可以支持运行诊断检测,实现了自我供电功能。为了便于使用,研究人员设计一个廉价的手持装置——恒电位仪,它可以与SPED简易连接,便于患者自行检测。

自我供电式微流控纸基电化学即时诊断芯片

SPEDs有着低成本、轻便、灵活和便于快速使用的特点,其具体的检测过程:将患者的血液点滴至设备的圆形区域,或者将SPEDs的“自我移液检测区域”直接浸入样本中。随后,SPEDs(血液样本分析)+便携式恒电位仪(供电)+机器视觉算法(识别颜色编码的信息)的组合,即可实现诊断过程。

SPEDs可以执行“多路复用”(multiplexed)的分析任务,即检测多种生物标志物,例如葡萄糖、尿酸、乳酸、酮、白细胞等等,这些指标与肾脏功能、营养不良和贫血有关。Martinez教授希望该检测装置可以服务于偏远地区或者军事基地的人,便于他们自行检测疾病。下一步,研究团队将继续优化这一设备,用于更复杂的检测任务,例如登革热、黄热病、疟疾、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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