Adv Mat Tech:科学家研发出纸质版“即时诊断工具”
2017-08-24 Flora 生物探索
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。
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。
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。
原始出处：
Aniket Pal,Hugo E. Cuellar,Randy Kuang,et al.Self-Powered, Paper-Based Electrochemical Devices for Sensitive Point-of-Care Testing.DOI: 10.1002/admt.201700130
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