發(fā)布日期：2017-02-17
斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種全新的方法，僅需要一臺(tái)普通的噴墨打印機(jī)，就可以生產(chǎn)便宜而且可以重復(fù)使用的診斷用途的“芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)”。
根據(jù)百度百科的解釋，芯片實(shí)驗(yàn)室是指把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離檢測(cè)等基本操作單位集成或基本集成于一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)。
斯坦?；蚪M技術(shù)中心的生物化學(xué)和遺傳學(xué)教授Ron Davis稱，新技術(shù)將單片芯片的成本降低到了1美分，將有可能像低成本基因組測(cè)序技術(shù)那樣引發(fā)醫(yī)學(xué)診斷的革命。
該技術(shù)論文于2月6日在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》(“ Proceedings of the National Academy of ScienCES”)上發(fā)表。Davis是該論文的主要作者，基因組技術(shù)中心的另一名工程研究員Rahim Esfandyarpour則是第一作者。
斯坦福工程研究員Rahim Esfandyarpour
廉價(jià)的芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能夠提高世界各地，特別是發(fā)展中國(guó)家的診斷能力。由于缺少早期診斷的機(jī)會(huì)，低收入國(guó)家乳腺癌患者的存活率只有40%，僅僅是發(fā)達(dá)國(guó)家的一半。其他的致命性疾病，比如瘧疾，結(jié)核病和艾滋病等，在發(fā)展中國(guó)家的發(fā)病率和死亡率也都比較高?？紤]到很多診斷設(shè)備的高昂成本，如果能夠通過(guò)這一技術(shù)讓患者在病癥早期就獲得診斷，那么將會(huì)改變這一現(xiàn)狀。
“能夠在早期檢測(cè)出疾病是我們開(kāi)展有效治療的最大機(jī)會(huì)一。”Esfandyarpour說(shuō)，“或許1美元在美國(guó)算不上什么，但是在一些發(fā)展中國(guó)家，這已經(jīng)是一筆不小的開(kāi)銷。”
芯片實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)組成部分
芯片實(shí)驗(yàn)室其實(shí)可以分為兩個(gè)部分：第一部分是芯片本身，包括用于容納細(xì)胞的清潔硅膠微流體室，以及可重復(fù)使用的電子條。第二部分則是常規(guī)的噴墨打印機(jī)，它能將市售的導(dǎo)電納米顆粒油墨印刷到柔性聚酯片材上形成電子條。
Esfandyarpour說(shuō)：“我們的目的是消除對(duì)潔凈室設(shè)施以及生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備所需要的專業(yè)人員的需求。”這樣一枚芯片的生產(chǎn)時(shí)間只需要20分鐘左右。
追蹤細(xì)胞往往需要使用熒光或者磁性標(biāo)簽，作為一個(gè)多功能平臺(tái)，芯片實(shí)驗(yàn)室能夠讓用戶在不使用熒光或者磁性標(biāo)簽的前提下，對(duì)不同的細(xì)胞類型進(jìn)行分析。
這種芯片是通過(guò)細(xì)胞固有的電學(xué)特性來(lái)區(qū)分細(xì)胞種類：當(dāng)在噴墨打印的電子條的兩端施加電壓時(shí)，微流體室里的細(xì)胞會(huì)因?yàn)樽陨?ldquo;極化性”的不同而朝不同的方向運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程被稱為介電泳現(xiàn)象。這種不需要標(biāo)記的分析細(xì)胞的方法不僅能大幅提高精度，還縮減了此前耗時(shí)較長(zhǎng)的標(biāo)記過(guò)程。
這種方式主要針對(duì)小型樣本分析，適用于多種不同類型的試驗(yàn)。研究人員展示了如何應(yīng)用這種設(shè)備從樣品中捕獲單個(gè)細(xì)胞、分離罕見(jiàn)細(xì)胞、以及根據(jù)細(xì)胞的類型來(lái)計(jì)算細(xì)胞的個(gè)數(shù)。相比每次不同的操作需要使用不同的設(shè)備，這種多功能的生物芯片大幅降低了試驗(yàn)成本。舉例來(lái)說(shuō)，用于分類和技術(shù)的獨(dú)立流式細(xì)胞儀需要花費(fèi)10萬(wàn)美元，而且這還沒(méi)考慮操作成本。
“診斷民主化”的潛力
“我們最初的動(dòng)機(jī)就是為了研究如何普及診斷技術(shù)，以及如何降低現(xiàn)有技術(shù)的成本”，Davis說(shuō)。
這種芯片的低廉成本能夠讓診斷技術(shù)更普及、更民主化，類似于低成本的基因組測(cè)序引發(fā)的醫(yī)療保健和個(gè)性化醫(yī)療的革命。低廉的測(cè)序技術(shù)讓臨床醫(yī)生能夠?qū)δ[瘤的DNA進(jìn)行分析，鑒定特定的突變序列，并為病人推薦個(gè)性化治療方案。同樣的，芯片實(shí)驗(yàn)室也有在癌癥早期探測(cè)血液中腫瘤細(xì)胞的潛力。
“該項(xiàng)技術(shù)不僅能推動(dòng)醫(yī)療保健的變革，還能夠加速基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域的研究進(jìn)程。它讓科學(xué)家和臨床醫(yī)生能夠在更短的時(shí)間里分析更多的細(xì)胞，操縱干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)有效的基因轉(zhuǎn)移，以及開(kāi)發(fā)更高效的診斷疾病的方法。”Esfandyarpour說(shuō)。目前，團(tuán)隊(duì)希望這種芯片能夠改變科研人員在實(shí)驗(yàn)室使用實(shí)驗(yàn)儀器的方式。“我確定，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)為研究人員打開(kāi)一扇窗，因?yàn)樗寣?shí)驗(yàn)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單：打印，使用。”他說(shuō)。
這項(xiàng)工作室斯坦福大學(xué)為精確醫(yī)療做出的努力之一，其目的是預(yù)測(cè)和預(yù)防疾病，將疾病扼殺在“襁褓之中”。
來(lái)源：雷鋒網(wǎng)
