可检测疾病的芯片实验室：生产成本只需1美分！
导读
操作难度高和价格昂贵是阻碍医疗设备普及的关键瓶颈。然而最近，斯坦福大学医学院的科研人员创建了一种“芯片实验室”的新生产方法，使用了一种普通的喷墨打印机，使得每个芯片制造成本低至1美分，制造时间缩短至20分钟内。
Rahim Esfandyarpour
(图片来源于：斯坦福大学)
简介
斯坦福大学基因组技术中心主任、生物化学和遗传学教授 Ron Davis 博士认为，和低成本的基因组测序一样。这项新技术在医疗诊断方面具有革命性意义，它使得每片芯片的生产成本低至1美分。
一篇描述这项技术的研究论文，发表在2月6号的美国国家科学院院刊上。Davis 是这篇论文的资深作者，领导作者是基因组中心的 Rahim Esfandyarpour 博士。
造福发展中国家
这种价格低廉的“芯片实验室”技术，能够普遍地提高世界各地的医疗诊断能力，特别是发展中国家。在低收入国家，由于早期诊断的匮乏，乳腺癌患者的存活率只有40%，这些患者中一半来自于发展中国家。其他的致死疾病，例如疟疾、结核病和艾滋病，在发展中国家的发病率也很高，治疗效果也很差。
特别是由于大多数的此类诊断设备成本达数千美元，所以更好更廉价的诊断设备将有助于扭转这一局面。
对此，Esfandyarpour 评论道：
“疾病的早期检测，为我们进行有效治疗提供了最佳机遇。也许1美元，在美国并不算太多钱，但是在一些发展中国家，这仍然是很多钱。”
系统的原理和应用
(图片来源于：斯坦福大学)
芯片实验室结合了微流体、电子器件和喷墨打印技术。系统由两部分组成：第一部分，是一个干净的硅微流体腔，它可以容纳细胞和可重用的电子条；第二部分，是一个常规的喷墨打印机，它使用商用导电电子墨水，将电子条打印到柔性聚酯片上。
Esfandyarpour 是一位训练有素的电气工程师，称一片芯片可以在20分钟内生产完成，他们的设计可以训练个人完成设备制造，从而取代之前的洁净厂房。
这是一种多功能平台设计，其中一项应用就是让用户可以分析不同的细胞类型，并且无需使用专门的追踪细胞的荧光和磁标签。相反，芯片基于细胞内在的电气属性分离它们：
当一个电势施加于喷墨打印的电子带上时，细胞会被加载到微流体腔中，根据它们在一种被称为双向电泳过程中的“极化性”，被牵引至不同的方向。
这种方法，无需标签的细胞分析，极大地提升了精度，减短了原本冗长的标记过程。
该工具可以处理小容量样本，进行各种各样的化验。研究人员展示了该设备可以从一个混合物中捕捉单个细胞，隔离罕见细胞，并且根据细胞类型对于细胞计数。
这种多功能的生物芯片成本，比使用单独的技术来进行每个功能的操作，成本低几个数量级。例如，一个用于细胞的分类和计数的，独立的流式细胞仪检测机 ，成本达10万美金，这还没有计算任何操作成本。
有利于医疗诊断的普及
这种低成本的芯片可以使得医疗诊断变得普及，它和低成本的基因组测序技术一样，为卫生保健和个人医疗带来革命性的影响。
这种廉价测序技术，让临床医生能够对于肿瘤DNA序列进行测序，判断出特定的突变，并且推荐个性化的诊疗方案。同样，这种芯片实验室也可以通过检测血液循环中的肿瘤细胞，进行癌症早期诊断。Davis 说：
“这种基因工程改变了许多医疗方式，我们想要继续创造各种各样的其他医疗技术，真正的廉价和便于操作。”
Esfandyarpour 认为这项技术不仅带来了医疗保健方面的进步，而且加速了基础和应用研究。它让科学家和临床医生能在短时间内分析更多的细胞，操控干细胞完成有效的基因转移，以及开发低成本的疾病诊断方式。
团队希望这个芯片可以改变人们在实验室中使用仪器进行诊断分析的方式。他说：“我十分肯定，它将为科研人员打开一扇窗户，因为它让一切变得简单，只需要打印和使用。”
参考资料
【1】http://med.stanford.edu/news/all-news/2017/02/scientists-develop-lab-on-a-chip-that-costs-1-cent-to-make.html
【2】Rahim Esfandyarpour, Matthew J. DiDonato, Yuxin Yang, Naside Gozde Durmus, James S. Harris, Ronald W. Davis. Multifunctional, inexpensive, and reusable nanoparticle-printed biochip for cell manipulation and diagnosis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201621318 DOI:
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