據麥姆斯咨詢報道，近期，美國明尼蘇達大學雙城分校（University of Minnesota Twin Cities）的一個研究小組創建了一種用于疾病診斷的新型微流控芯片，該芯片的組件較少，并可以通過智能手機進行無線充電。這一項研究突破為更便捷、更經濟的家用醫學檢測鋪平了道路。

相關研究成果現已在Nature Research旗下期刊Nature Communications上發表。研究人員目前也在努力推進該技術的商業化。

微流控是指在微觀水平上研究和操縱流體的技術。開發“芯片實驗室”——能夠利用微量生物樣本（如血液或尿液）檢測疾病的器件，是微流控領域最突出的應用之一。

目前一些疾病已經可以使用便攜式裝置進行診斷，例如新冠肺炎（COVID-19）的快速抗原檢測。然而，功能復雜的診斷芯片（例如可用于識別特定COVID-19毒株或評估葡萄糖和膽固醇等生物標志物的芯片）往往需要較多組件，因此阻礙了其開發進度。這些芯片需要流體封裝材料、控制流體的泵和通道以及操作泵的電路——所有這些都很難縮小到微型尺寸。明尼蘇達大學雙城分校的研究人員開發了一種不需要任何笨重組件的微流控器件。

明尼蘇達大學雙城分校電氣與計算機工程系、研究項目負責人Sang-Hyun Oh教授表示：“目前相關研究在微電子器件比例縮放方面已取得了極大的成功，但處理流體樣品的能力并沒有跟上。毫不夸張地說，整合一個最先進的基于微流控技術的芯片實驗室系統非常費力費時。我們關心的是，有沒有可能完全擺脫芯片的封裝材料、電路和泵，從而使其結構變得充分簡單。”

許多芯片實驗室通過在微芯片上移動液滴，來識別樣品中的病毒病原體或細菌。明尼蘇達大學研究人員開發的新方法的靈感來自于葡萄酒飲用者會意識到的獨特的現象：由于酒精蒸發引起的表面張力，酒瓶內會生成“腿”或長水滴。

該研究使用了Sang-Hyun Oh團隊在2010年代初開發的一項技術，將小電極緊密放置在2cm x 2cm的芯片上，從而產生強大的電場，將液滴拖過器件并生成類似“腿”的流體，以識別里面的分子。

已有的封閉式電流體技術和最新的開放通道電流體技術對比

由于電極放置的非常緊密（它們之間只有10nm的距離），因此產生的電場非常強，以至于芯片可以在不到1伏的功率下運行。由于所需的電壓極低，研究人員能夠利用來自智能手機的近場通信信號激活診斷芯片，該技術與商店中用于非接觸式支付的技術完全相同。

這是研究人員第一次能夠在不使用傳統微流控結構的情況下，利用智能手機遠程激活微通道，為更實惠、更易于使用的家用診斷器件發展鋪平了道路。

無線智能手機驅動和橫向流動蛋白質標記

論文的第一作者，明尼蘇達大學電氣與計算機工程系Christopher Ertsgaard博士表示：“在疫情期間，這是一個非常令人興奮的新概念。我想每個人都已經意識到在家中進行快速、即時診斷的重要性。現在已有可用的技術，但我們需要更快、更靈敏的新技術。通過規模化和高通量生產，我們可以以更實惠的成本將這些復雜的技術用于家用診斷器件。”

為了將微芯片平臺商業化，Sang-Hyun Oh所在的實驗室正在與生產家用診斷器件的明尼蘇達州GRIP Molecular Technologies（簡稱：GRIP）公司合作，以實現該芯片在識別流體樣品中的病原體、病毒、細菌和其他生物標志物方面的廣泛應用。

GRIP創始人兼總裁Bruce Batten表示：“要在商業上取得成功，家用診斷器件必須是低成本且易于使用的。類似Sang-Hyun Oh教授團隊目前已經實現的低壓流體運動，使我們能夠同時滿足這兩個要求。GRIP有幸與明尼蘇達大學合作開發我們的技術平臺。將基礎研究和轉化研究聯系起來對于開發一系列創新的轉型產品至關重要。”

除了Sang-Hyun Oh和Christopher Ertsgaard，研究團隊成員還包括明尼蘇達大學電氣與計算機工程系的Daniel Klemme（2019級博士生）和Daehan Yoo（2016級博士生），以及博士在讀的Peter Christenson。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29405-2

審核編輯 ：李倩