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新鲜!首个纸质版“即时诊断工具”,小巧、低廉且便捷

2017/08/24 来源:生物探索
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导读
近日,来自于普渡大学的科学家们推出一款新型的医疗检测设备——完全由纸制成,利用电化学方法分析生物标志物,通过纸张颜色变化反馈检测结果,实现疾病诊疗的目的。这一即时诊断工具被命名为——自我供电、纸质版诊断装置(self-powered,paper-based electrochemical devices,SPEDs),有望应用于医疗水平和资源有限的地区。


一种新型的纸质版医学诊断设备(图片来源:普渡大学)

近日,来自于普渡大学的科学家们推出一款新型的医疗检测设备——完全由纸制成,利用电化学方法分析生物标志物,通过纸张颜色变化反馈检测结果,实现疾病诊疗的目的。

这一自我供电、纸质版诊断装置(self-powered,paper-based electrochemical devices,SPEDs)可以与便携式恒电位仪相连,实现自我供电、自动化检测过程,便于患者自己操作。它的设计定位是“即时诊断工具”。

普渡大学的工业和生物医学工程助理教授Ramses V. Martinez将这一设备比喻成一个“便携式实验室”,并不需要水电或者其他的高端设备。他和团队希望该检测装置可以服务于偏远地区或者军事基地的人,便于他们自行检测疾病。相关研究成果于8月22日发表在《Advanced Materials Technologies》期刊。

首个纸质版诊断设备,相当于便携式实验室(视频来源:普渡大学

根据视频展示,SPEDs的表层由未经处理的纤维素纸构建血液样本的检测通道,共设置了4个电化学检测区域和10个比色分析区域。这些“微流控通道”允许精准的检测,且通过颜色的变化反馈特定的检测结果。

为了准确读取颜色信息,研究团队开发了一个机器视觉算法,用于自动识别和量化10个比色分析区域的颜色变化。通过手机拍照功能获取颜色图像,借助算法程序分析颜色变化背后的病理信息,从而为快速提供诊断结果创造了可能,并有望与远程医疗结合。

SPEDs的底层是一个“摩擦发电机”或者热电发生器(TEG),通过摩擦或者挤压产生运行诊断检测所必须的电流。为了便于使用,研究人员设计一个廉价的手持装置——恒电位仪,它可以与SPED简易连接,便于患者自行检测。

SPEDs有着低成本、轻便、灵活和便于快速使用的特点,其具体的检测过程:将患者的血液点滴至设备的圆形区域,或者将SPEDs的“自我移液检测区域”直接浸入样本中。随后,SPEDs(血液样本分析)+便携式恒电位仪(供电)+机器视觉算法(识别颜色编码的信息)的组合,即可实现诊断过程。

SPEDs可以执行“多路复用”(multiplexed)的分析任务,即检测多种生物标志物,例如葡萄糖、尿酸、乳酸、酮、白细胞等等,这些指标与肾脏功能、营养不良和贫血有关。下一步,研究团队将继续优化这一设备,用于更复杂的检测任务,例如登革热、黄热病、疟疾、艾滋病和肝炎等疾病。

参考资料:

Self-powered paper-based 'SPEDs' may lead to new medical-diagnostic tools

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