一款基于硅材料的新型芯片實驗室（lab-on-chip）檢測技術(shù)，或能為經(jīng)濟(jì)型手持式傳染病檢測鋪平道路。

TriSilix示意圖

據(jù)麥姆斯咨詢報道，這款名為“TriSilix”的芯片由倫敦帝國理工學(xué)院（Imperial College London）開發(fā)，該芯片是一種“片上微型實驗室”，可現(xiàn)場進(jìn)行微型版的PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）檢測。PCR是檢測生物樣本（如體液、糞便及環(huán)境樣本等）中病毒和細(xì)菌的金標(biāo)準(zhǔn)檢測方法。

TriSilix對比傳統(tǒng)桌面qPCR

PCR一般在實驗室中進(jìn)行，這意味著無法立即獲得檢測結(jié)果，但該款新型“芯片實驗室”可以在幾分鐘內(nèi)完成樣本處理并顯示結(jié)果。

該芯片與制造電子芯片的材料相同，即由硅材料制成。硅本身很便宜，但是加工成芯片的成本很昂貴，需要在大規(guī)模、高清潔度的工廠，即無塵室中進(jìn)行。

為了制造這款新的芯片實驗室，研究人員開發(fā)了一系列在標(biāo)準(zhǔn)實驗室中生產(chǎn)芯片的方法，從而削減了制造成本和時間，從而使其可以在世界任何地方生產(chǎn)制造。

帝國理工學(xué)院生物工程系的首席研究員Firat Güder博士說：“與其將待測樣本送到實驗室或去診所，不如將‘實驗室’用指甲大小的芯片送到人們的手中。有了這款芯片，人們可以像糖尿病患者使用血糖檢測一樣，只需提供樣本即可現(xiàn)場等待檢測結(jié)果，以后可以利用這款芯片檢測傳染性疾病。”

TriSilix實物圖

該研究論文已發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

目前，研究人員已使用TriSilix對主要存在于動物體內(nèi)的細(xì)菌感染，以及SARS-CoV-2（引發(fā)新冠疫情的病毒）病毒遺傳物質(zhì)的合成樣本進(jìn)行了檢測診斷。

研究人員表示，該系統(tǒng)未來可以安裝到類似手持式血糖檢測儀的設(shè)備中。這樣一來，人們就可以在家中進(jìn)行自我檢測，獲得感冒、流感、復(fù)發(fā)性感染（如尿路感染和COVID-19）等的檢測結(jié)果。

用于檢測感染（如COVID-19）的臺式設(shè)備已經(jīng)存在，但這些檢測可能既昂貴又耗時，因為患者必須去診所，由醫(yī)療人員采集樣本，然后回家或留在診所等待檢測結(jié)果。而人們在身體不適時外出會增加病原體傳播給他人的風(fēng)險。

該新型芯片實驗室如果通過了人體驗證，感染類檢測將不再局限于診所內(nèi)，在家中甚至外出中的幾分鐘內(nèi)就可以進(jìn)行檢測并獲得結(jié)果。

降低成本

研究人員還表示，高度便攜式檢測方法不用運(yùn)輸樣本，從而可以加快診斷速度并降低成本。人們可以在沒有訓(xùn)練有素的醫(yī)療專家在場的情況下，進(jìn)行此類檢測。如果需要，他們可以立即實施自我隔離，從而避免感染他人。

對低收入國家農(nóng)村地區(qū)的人而言，檢測的便捷性及經(jīng)濟(jì)性尤其重要，因為診所距離他們可能很遠(yuǎn)，而且前往診所的交通費(fèi)也很高。如果有了這種便攜式檢測，它們還可以用于診斷和監(jiān)測諸如尿路等的感染，因為這類感染即使用了抗生素，也會反復(fù)發(fā)作。

該論文的第一作者，生物工程系的Estefania Nunez-Bajo博士說：“有了這種可以在家里檢測感染的幫助，患者甚至可以在醫(yī)生的指導(dǎo)下有針對性的調(diào)整抗生素的使用，以減少日益增長的抗生素耐藥性問題。”

TriSilix對比1.5 ml離心管

傳感器、溫度檢測器和加熱器使芯片實驗室檢測過程自動化。利用一塊常規(guī)智能手機(jī)電池在一次充電后，可以進(jìn)行35次檢測。

接下來，研究人員計劃通過臨床樣本驗證芯片的性能，實現(xiàn)樣本的自動化制備，改進(jìn)手持式電子設(shè)備。他們正在尋找合作伙伴和資助者，以幫助加速這項技術(shù)的商業(yè)轉(zhuǎn)化，并給發(fā)展中國家物質(zhì)條件有限的家庭、農(nóng)場或偏遠(yuǎn)地區(qū)提供檢測。

這項研究由惠康基金會（Wellcome Trust）和工程與物理科學(xué)研究委員會（EPSRC）資助。

Firat Güder等人于2020年12月2日在《自然通訊》上發(fā)表了該研究題為《用于病原體現(xiàn)場快速檢測的一次性基于硅的多合一微qPCR（實時定量PCR）》的論文。

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