微流體診斷儀概述

由謝國(guó)基(Samual Sia)以及哥倫比亞大學(xué)的合作者們開發(fā)的微流體診斷儀mChip的塑料小芯片約在15分鐘內(nèi)便能可靠地診斷艾滋病病毒和梅毒，而其制作費(fèi)用僅為1美元。它能夠在芯片上將復(fù)雜的化驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)化執(zhí)行，有助于在資源困乏的環(huán)境實(shí)現(xiàn)醫(yī)療診斷。目前，哈佛大學(xué)物理學(xué)家及其同事已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于微流體芯片的測(cè)序技術(shù)，使個(gè)人基因測(cè)序費(fèi)用下降到30美元。

謝國(guó)基在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)：“mChip的發(fā)明就是要令世界任何一個(gè)角落都可以進(jìn)行大規(guī)模的診斷測(cè)試，而非強(qiáng)逼患者到醫(yī)院診所抽血，然后等上數(shù)天才能有結(jié)果。”

便宜的艾滋病診療手段

目前世界上約有6400萬(wàn)人感染艾滋病毒，并以每天7000人的速度在增長(zhǎng)，其中包括1800位新生兒。在全球艾滋病感染者中，有70%居住在撒哈拉沙漠以南的非洲。艾滋病病毒不僅影響個(gè)人的健康，也影響到家庭、社區(qū)和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

盡管早期診斷和治療，以及接觸前藥物的推廣，可以降低艾滋病并發(fā)癥的發(fā)生，但在貧窮的發(fā)展中國(guó)家，十分缺乏這樣的技術(shù)和設(shè)備。微流體(芯片實(shí)驗(yàn)室)技術(shù)有望解決這一難題。項(xiàng)目參與者之一華裔科學(xué)家謝國(guó)基2010年獲得美國(guó)麻省理工學(xué)院百年期刊《技術(shù)評(píng)論》的世界青年科技創(chuàng)新家稱號(hào)，就是為了表彰他在研發(fā)成本廉價(jià)的微流體芯片上所做的貢獻(xiàn)。

HIV抗體一般在感染病毒4周后逐漸出現(xiàn)，可延至終生，是人類重要的檢測(cè)指標(biāo)。檢測(cè)HIV特異性抗體，是診斷艾滋病的重要依據(jù)。酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)是國(guó)際上應(yīng)用最早、發(fā)展最快，而且是最常用的HIV抗體檢測(cè)方法。基本原理是免疫反應(yīng)物能和待檢樣品中相應(yīng)的抗原或抗體結(jié)合成免疫復(fù)合物，再加入無(wú)色的酶，經(jīng)過(guò)催化或水解，會(huì)產(chǎn)生顏色。

用這種方法檢驗(yàn)艾滋病，必須將血液樣本送到有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，在非洲，衛(wèi)生診所資源缺乏，無(wú)法完成復(fù)雜的檢測(cè)試驗(yàn)。送到城市醫(yī)院則要花費(fèi)數(shù)天乃至數(shù)十天的時(shí)間。

謝國(guó)基等人開發(fā)的這套系統(tǒng)，能將復(fù)雜的試驗(yàn)搬到芯片上進(jìn)行。這片類似信用卡大小的芯片上包含有微型的連續(xù)U形測(cè)試管和化學(xué)物質(zhì)，只需要很少的樣本(約為1微升)就能完成反應(yīng)，15分鐘內(nèi)讀出檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)的反應(yīng)試劑被放置于軟管中，由氣泡進(jìn)行分離，并利用注射器的簡(jiǎn)單抽拉使其進(jìn)入芯片。這些芯片可以通過(guò)注塑成型的工藝進(jìn)行量產(chǎn)，檢測(cè)流程不需要活動(dòng)部件、電流或外部測(cè)量?jī)x表。它能透過(guò)光學(xué)分析血液，并在15分鐘內(nèi)顯示HIV的檢驗(yàn)結(jié)果是陽(yáng)性還是陰性。和驗(yàn)孕棒類似，即使不是醫(yī)生，普通人也能透過(guò)顏色分辨是否感染艾滋病毒。如果希望檢驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，可以把芯片放到檢驗(yàn)盒內(nèi)查看結(jié)果。

謝國(guó)基的研究組與哥倫比亞公共衛(wèi)生學(xué)院、盧旺達(dá)衛(wèi)生行政官員以及非政府健康組織合作，在盧旺達(dá)首都基加利進(jìn)行了四年的研究，對(duì)此設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)于艾滋病病毒和梅毒的合并檢測(cè)，鑒別率為100%，假陽(yáng)性比率約在4%-6%之間——等同于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的水平。

他們以數(shù)百位患者為研究對(duì)象，目前這一技術(shù)在艾滋病患者中的檢出率是100%。

微流體技術(shù)的前景

微流體技術(shù)是目前迅速發(fā)展的高新技術(shù)和多學(xué)科交叉科技前沿領(lǐng)域之一，它能夠?qū)?shí)驗(yàn)室微型化，通過(guò)平面微細(xì)加工技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微流體分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其他生物組準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域它可以使珍貴的生物樣品和試劑消耗降低到微升乃至納升級(jí)，并使分析速度成倍提高，成本成倍下降。

微流體技術(shù)不僅強(qiáng)調(diào)減小器件的尺寸，它著重于構(gòu)建微流體通道系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的微流體操縱功能，讓液體在流動(dòng)中完成一次實(shí)驗(yàn)的諸多步驟。

為了推廣微流體技術(shù)在醫(yī)學(xué)快速診斷上的應(yīng)用，2004年，謝國(guó)基和兩位同事共同創(chuàng)辦了卡拉洛斯診斷公司(Claros Diagnostics)。2007年，他們獲得Oxford Bio等創(chuàng)投公司的780元投資，先后開發(fā)了用于檢測(cè)前列腺癌的儀器，該儀器已經(jīng)今年6月在歐洲取得了銷售許可。接著，他們又改進(jìn)了芯片，使之能夠檢測(cè)艾滋病病毒、梅毒和肝炎，他們還在為資源匱乏的第三世界國(guó)家開發(fā)B型和C型肝炎、皰疹以及瘧疾的檢測(cè)方法。

利用這種mChip芯片用作醫(yī)學(xué)診斷，并不是一次只能檢測(cè)一種疾病，譬如，在診斷艾滋病的同時(shí)，還能夠添加梅毒、肝炎之類的附加檢測(cè)，而并不顯著增加應(yīng)用成本。

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