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微流控设备有望使遗传疾病诊断更加简单威尼斯

文章作者:科技中心 上传时间:2020-02-10

为制造3D芯片,科学家通常不得不将连续多层聚合物堆进光刻模具中。不过,一种入门级方法的设计者们表示,3D打印正在改变这一切,因为它既不需要很多经验,也不需要很多设备。荷兰瓦赫宁根大学化学家Vittorio Saggiomo偶然萌生了这个想法。Saggiomo利用3D打印获得了诸如小照明灯、移液管把手等塑料工具以及鸟舍等有趣的东西。有一天,他将3D打印的星球大战头盔淹没在丙酮中以便让表面变得平缓。但由于放在里面的时间过长,整个头盔被溶解了。Saggiomo意识到,他可以用相同的方法形成微通道。

研究人员表示,他们接下来的步骤包括自动化iFCS并使其对临床环境更加用户友好。他们还需要让设备完成患者试验的步伐。毛泽东和他的同事们希望更多的合作者加入他们的行列并为他们提供专业知识。

打造医疗微芯片 微流控设备有望使遗传疾病诊断更加简单

赵武君是该论文的另一位主要作者。赵,劳伦斯伯克利国家实验室的博士后学者,在UGA完成化学博士学位的同时参与了这个项目。

工程师们已经提出了各种可能的解决方案。比如,一些人正在研发由纸制成、能扩增并检测血液样本中传染性微生物基因的廉价设备。德国Hain生命科学公司则设计了探测特定DNA序列的条状测试剂,其中一些通过寻找APOE基因变异体可确定某人患上阿尔茨海默氏症的风险。

循环肿瘤细胞也难以分离,因为在几百个CTC的样品中,单个细胞可呈现许多特征。一些类似于皮肤细胞,而另一些类似于肌肉细胞。它们的大小也可能有很大差异。

Hashsham在其手持微流体设备中采用了序列扩增的另一种替代方法。该设备可辨别并量化诸如标记癌症的微小RNA等已知序列或传染性生物体基因。这种名为环介导等温扩增法的反应利用一种来自微流体设备的不同的酶,并且不需要任何温度循环。研究人员将唾液等体液样本同将被并入反应中产生的任何DNA的荧光染料混合,然后利用注射器将其推进通往16个单独腔室的通道。在那里,DNA扩增试剂被预先装入、干燥并且作好准备。在反应完成后,该设备利用发光二极管和传感器探测指示阳性反应的染料。

乔治亚州雅典 - 如果你能够将整个干草堆扫到一边,只留下针头,那么如何在干草堆中寻找针头呢?这是乔治亚大学工程学院的战略研究人员随后开发了一种新的微流体装置,该装置将难以捉摸的循环肿瘤细胞(CTC)与全血样本分开。

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人们经常比较发现CTC在大海捞针中找到针头,毛说。但有时针头甚至不是针头。为了更快速有效地分离这些稀有细胞进行分析,Mao和他的团队创造了一种新的微流控芯片,可以捕获血液样本中几乎所有CTC

Di Carlo表示,通常“实验室中的芯片”设计也还不错。它比传统方法省钱,并且通过让试验者之间的差异最小化改善了结果。不过,真正的芯片实验室设备会让发展中国家的诊所或者野外台站开展快速基因检测成为可能。在这些地方,购买、运行聚合酶链反应机器或离心机来分离血液样本可能是不现实的。

典型的7到10毫升血液样本可能只含有少量CTC,UGA电气与计算机工程学院教授,​​项目主要研究员Leidong Mao说。他们用数以百万计的白血细胞淹没在全血中。让我们掌握足够的CTC是一项挑战,因此科学家们可以研究它们并理解它们。

由塑料制成的CTC-iChip将3个步骤整合进一个设备。在第一阶段,芯片消除不想要的血液成分。科学家利用磁珠标记白血球,然后使流体通过一个含有一系列塑料柱的腔室。诸如红细胞、蛋白质等较小的成分会像飞蛾飞过茂密的森林一样迅速通过,较大的细胞如白血球和罕见的CTC更像笨拙的熊。随着它们从柱子上弹开,大的细胞被引入第二阶段——将细胞排成单列的S曲线。在第三阶段,上述设备利用磁体将白血球从队列中过滤出来,从而留下CTC。

该设备大约相当于USB驱动器的大小,通过将血液通过直径小于人类头发的通道进行漏斗来工作。为了准备血液进行分析,该团队为样品添加了微米级磁珠。样品中的白细胞将自身附着在这些珠子上。当血液流过装置时,芯片顶部和底部的磁铁将白细胞及其磁珠吸入特定通道,同时循环肿瘤细胞继续进入另一个通道。

另一个挑战是如何将罕见遗传物质扩增到足以使其在野外被探测到。Hashsham介绍说,标准的聚合酶链反应法需要重复加热、冷却样本至精确的温度。然而,很难设计出能在这些温度间转换的小型、廉价、可携带设备。“在野外,冷热循环从来不起作用。”

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Di Carlo的实验室利用散布着一系列边室的通道,发明了自己的微流控方法以对血液样本进行分类。当时,他以前的学生、如今是约翰斯:霍普金斯大学机械工程师的SJ Claire Hur注意到,较大的细胞会被困在由微流体通道拓宽而创建的旋涡中,很像树叶和垃圾在河流拐弯处或岩石附近堆积。该团队设计了一个系统,利用该特性将CTC分离出来用于后续分析。如今,该系统已由位于加州门洛帕克市的Vortex生物科学公司生产出来。研究人员正利用Vortex的机器开展临床研究,以辨别CTC上可能表明肿瘤将在多大程度上对特定免疫疗法作出响应的标记物。整个装置比微波炉稍大一些,使其不太像很多科学家想要的一体化“芯片实验室”,而更像“实验室中的芯片”。

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