研究人员开发智能手机驱动的微芯片，用于家庭医疗诊断测试

明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota Twin Cities)的一个研究团队开发了一种新型微流控芯片，用于诊断疾病，只需使用最少数量的组件，并且可以通过智能手机无线供电。这项创新为更快、更实惠的家庭医疗检测打开了大门。研究人员的论文发表在自然通讯．

微流体学涉及在非常小的范围内研究和操纵液体。该领域最受欢迎的应用之一是开发“芯片实验室”技术，即能够创造出可以从非常小的生物样本(例如血液或尿液)中诊断疾病的设备。

科学家们已经便携式设备用于诊断某些疾病，例如快速COVID-19抗原检测。然而，设计更复杂的诊断芯片(例如，识别COVID-19的特定菌株或测量葡萄糖或胆固醇等生物标志物)的一个大障碍是，它们需要如此多的活动部件。

像这样的芯片需要材料来密封内部的液体，需要泵和管道来操纵液体，还需要电线来激活这些泵——所有这些材料都很难缩小到微观层面。明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota Twin Cities)的研究人员能够制造出一种微流体装置，这种装置不需要所有这些笨重的部件。

明尼苏达大学双城分校电气与计算机工程系教授、该研究的资深作者Sang-Hyun Oh说:“研究人员在电子设备缩放方面非常成功，但处理液体样品的能力却没有跟上。”“毫不夸张地说，一个最先进的微流控芯片实验室系统是非常劳动密集型的。我们的想法是，我们能不能去掉外壳材料、电线和泵，让它变得简单?”

许多芯片实验室技术通过在微芯片上移动液滴来检测样本内的病毒病原体或细菌。明尼苏达大学研究人员的解决方案的灵感来自一个现实世界中喝酒的人都很熟悉的奇特现象——“腿”，或由于酒精蒸发引起的表面张力而在酒瓶内形成的长液滴。

研究人员使用了Oh的实验室在2010年代初首创的一项技术，在一个2厘米乘2厘米的芯片上放置非常紧密的微型电极，产生强电场，将液滴拉过芯片，并产生类似的液体“腿”来检测内部的分子。

由于电极紧密地放置在一起(之间只有10纳米的空间)，产生的电场非常强，以至于芯片只需要不到一伏的电就能工作。这种极低的电压要求允许研究人员使用智能手机的近场通信信号激活诊断芯片，这种技术与商店中的非接触式支付相同。

这是研究人员首次能够使用智能手机进行无线激活狭窄的通道没有微流体结构，为更便宜、更容易获得的家用诊断设备铺平了道路。

“这是一个非常令人兴奋的新概念，”该研究的主要作者、CSE最近的校友克里斯托弗·厄茨加德(ECE博士)说。“20)。“在这次大流行期间，我认为每个人都意识到在家快速即时诊断的重要性。现在已经有了可用的技术，但我们需要更快更灵敏的技术。通过规模化和高密度制造，我们可以以更实惠的成本将这些复杂的技术应用于家用诊断。”

Oh的实验室正在与明尼苏达州初创公司GRIP分子技术公司合作，该公司生产家用诊断设备，将微芯片平台商业化。该芯片被设计用于检测液体样品中的病毒、病原体、细菌和其他生物标记物。

GRIP Molecular Technologies的创始人兼总裁布鲁斯·巴顿(Bruce Batten)说:“要想在商业上取得成功，家庭诊断必须低成本且易于使用。”“低压流体运动，如吴教授的团队所实现的，使我们能够满足这两个要求。GRIP有幸与明尼苏达大学合作开发我们的技术平台。将基础研究和转化研究联系起来对于开发创新、转型产品至关重要。”