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“1美分”的微流控芯片,或将给医疗诊断带来变革

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低成本基因测序给个性化医疗带来了变革,同样,低成本的微流控芯片也会给医学诊断带来变革。近日,斯坦福大学的研究人员开发出了成本仅需1美分的“实验室芯片”技术,能够在无标记的情况下分析细胞,还有望通过检测血液中循环肿瘤细胞来早期诊断癌症。


在2017年剑桥健康科技研究所会议,专家们曾表示基于CTCs的液体活检技术主要局限于它的成本,开发基于微流控芯片的技术可以绕开成本障碍。2月6日,斯坦福大学医学院的研究人员在PNAS上展示了低成本且可重复使用的“实验室芯片”。借助常规喷墨打印机,该技术或可实现“1美分”的早期癌症诊断。


芯片组成:两个系统


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结合微流控技术、电子技术和喷墨打印技术,“芯片实验室”由两部分组成。第一个部分是透明硅酮微流体室,用于容纳细胞和可重复使用的电子条带,第二部分是一个常规的喷墨打印机,利用市售的导电纳米颗粒油墨将电子条带印刷到柔性聚酯片材上。


本文第一作者,斯坦福大学基因组学技术中心的Rahim Esfandyarpour博士表示,该产品摆脱了检测对洁净环境的依赖以及减少设备制造对专业培训人员的需求。


无需标记细胞,生产成本低耗时短


作为一个多功能平台,“芯片实验室”的优势之一是无需荧光或磁性标签追踪细胞便能分析不同的细胞类型。芯片根据其固有的电特性来分离细胞:当在喷墨打印条上施加电势时,微流控室中的细胞根据不同的“极化度”被拉向不同方向。用这种无标签的方法来分析细胞,大大地提高了精度,并且削减了冗长的标记过程。


该设备的目的是对小体积样本进行各种检测。研究人员表明,该装置可以帮助捕获单个细胞混合物、分离稀有细胞以及根据细胞类型来计数。


一个芯片的生产大约只需要20分钟,成本低至1美分。与执行同样功能的其他技术相比,多功能“芯片实验室”的成本降低了一个数量级。


有望实现癌症早期检测


与低成本基因测序给个性化医疗带来的颠覆一样,低成本的微流控芯片使诊断民主化。低成本测序技术使临床医生能够通过测定肿瘤DNA序列来确定突变,从而制定个性化的治疗方案。同样,“芯片实验室”或可通过检测血液中循环肿瘤细胞来早期诊断癌症。


本文通讯作者,斯坦福大学基因组学技术中心主任、生物化学和遗传学教授 Ron Davis博士表示,与低成本基因组测序一样,这种技术会给医学诊断带来一场变革。基因组计划已经改变了许多的药物治疗方式,研究人员希望更便宜、更便捷的技术能够得到使用。


终极目标:改善全球疾病诊断能力


低成本的“芯片实验室”技术在提高全球疾病诊断方面有很大的潜力,尤其是对发展中国家而言。由于早期诊断水平较低,低收入国家乳腺癌患者的存活率只有40%,是发达国家的一半。在发展中国家,其他致命疾病,如疟疾、肺结核和HIV也有比较高的发病率,并且治疗效果都比较差。低成本诊断技术的发展可以帮助扭转这一局面。Esfandyarpour博士表示,早期检测能够给疾病的治疗带来最佳机会,因此,成本低至1美分的研发成果意义重大。


这项技术不仅能够促进医疗保健,还能加快基础研究和应用研究的发展。它能够让科学家和临床医生在较短的时间内分析更多的细胞,利用干细胞来实现高效的基因转移以及发展更具有成本效益的疾病诊断方法。该研究小组希望“芯片实验室”能够给医疗诊断带来变革。Esfandyarpour 相信,这项技术会为研究人员打开一扇窗户。




标签:   微流控芯片 芯片实验室 医疗诊断
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