導(dǎo)讀

醫(yī)療診斷技術(shù)正走向更簡單、更廉價、更便攜，微流控生物測定器件已成為疾病診斷一項重要選擇，而微接觸印刷技術(shù)又是微流控器件的一項重要加工技術(shù)。最近，日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的打印步驟，改進(jìn)了傳統(tǒng)的微接觸印刷技術(shù)。

關(guān)鍵字

微流控技術(shù)、納米、醫(yī)學(xué)

背景

醫(yī)學(xué)界的技術(shù)創(chuàng)新趨勢一直都是更準(zhǔn)確、更簡單、更快速、更廉價、更便攜，不斷改善治療效果，提升病人醫(yī)療體驗，降低醫(yī)療成本。對此，筆者過去曾在多篇文章中都有過介紹，相關(guān)文章整理到在醫(yī)療電子創(chuàng)新專題和生物傳感器與芯片實驗室專題兩個專題中。

通過以往的相關(guān)介紹，對于醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢的把握，我們不難得出：微流控生物測定器件已成為疾病診斷的優(yōu)選工具之一。臨床醫(yī)生利用這種診斷工具，可測量出病人生物樣本（例如血樣）中的疾病生物標(biāo)志物的濃度，再基于樣本中的生物標(biāo)志物濃度和正常水平的對比，推斷出疾病的可能性。

為檢測生物標(biāo)志物濃度，病人生物樣本需在含有生物感受器（bioreceptors）的表面吉印通 行傳遞。這種生物感受器也被稱為“捕捉生物標(biāo)志物”的分子，附著于某種材料的表面之上。然后，研究人員可以記錄生物標(biāo)志物的充裕度，并判斷這種水平是否正常，以及是否達(dá)到診斷標(biāo)準(zhǔn)。

然而這些器件的效率依賴于附著的生物感受器的功能性和完整性，固定這些生物感受器，并且不引起任何損害，是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。過去二十年以來，微接觸印刷技術(shù)使用橡皮圖章固定生物感受器，已經(jīng)成為進(jìn)行各種化驗的一種魯棒方法，且具有多項應(yīng)用。

（圖片來源：OIST）

目前，這種方法也存在缺點，特別是在納米級（蛋白質(zhì)和DNA所處的級別）應(yīng)用時。在納米級別，目前這種嚴(yán)苛而精心設(shè)計的技術(shù)對于器件會產(chǎn)生一定危害，無論是扭曲圖章或者是損害生物感受器，所以其產(chǎn)出的數(shù)據(jù)對于診斷和其他方面的應(yīng)用來說有些難以管理。

創(chuàng)新

針對上述問題，最近日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）的研究人員開發(fā)出一種新的打印步驟，改進(jìn)了傳統(tǒng)的微接觸印刷技術(shù)。他們將相關(guān)論文發(fā)表于《分析師》雜志。

（圖片來源：OIST）

技術(shù)

對于這種微接觸印刷技術(shù)，我們先看看論文的第一作者、OIST 微/生物/納流控部件方向的博士研究生 Shivani Sathish是如何解釋的：

“你需要一枚圖章、一些墨水和一個表面，然后你就可以在這個表面上創(chuàng)作你的圖案，就這么簡單?！?/p>

組成

圖章由聚二甲硅氧烷組成，它是一種柔性的固體，類似于我們?nèi)粘Ｋ玫南鹌D章；墨水是由硅和含氧分子也稱為“APTES”所組成的溶液；而表面則是由玻璃。

步驟

首先，研究人員將圖章涂上墨水，然后將它按在玻璃上，然后在短暫接觸后移除；結(jié)果在玻璃（一種棋盤般的區(qū)域，具有或者不具有APTES）之上，就會形成APTES圖案層；下一步，這種含有一個或者多個微流體通道的微流控器件經(jīng)過配置后，引導(dǎo)流體通過特殊路徑，通過玻璃圖案密封起來；最后，這種生物感受器與微流體通道內(nèi)的APTES區(qū)域，以化學(xué)的方法連接起來。

（圖片來源：OIST）

這種系統(tǒng)現(xiàn)在正準(zhǔn)備用于疾病的診斷分析。為了開展這種化驗，來自于患者的液體樣本流過玻璃上的微流體器件。如果出現(xiàn)相關(guān)疾病的生物標(biāo)志物，分子將“粘在”含有生物感受器的區(qū)域。

價值

APTES溶液重點優(yōu)勢是其化學(xué)過程的便捷性。Sathish 女士解釋道：

“根據(jù)你感興趣的生物感受器，你只需要選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)過程將分子和APTES關(guān)聯(lián)起來?！?/p>

換句話說，一枚圖章可以用于準(zhǔn)備一次化驗，它有能力固定各種不同的生物感受器，也就是說一枚圖章可以讓多個測試和診斷在單個表面吉印通 行。這個功能將有利于診斷復(fù)雜疾病，例如癌癥，因為這些疾病通常需要多個測試檢測多種標(biāo)志物，從而提高診斷效果。

在他們的研究中，Sathish 女士和同事們開發(fā)出一種改良技術(shù)，能夠制造出最優(yōu)的疾病診斷器件，可用于納米級。在這里，他們首選使用溶于水的APTES組成的墨水，對于APTES的納米特征進(jìn)行圖案化，與嚴(yán)苛的化學(xué)物質(zhì)相比，

它消除了圖章溶脹的現(xiàn)象。

在對于APTES進(jìn)行圖案化和連接微流控器件之后，他們將生物感受器固定到玻璃表面之上，以此作為整個過程的最后一步。因為將連接生物感受器作為最后一步，研究人員避免了將它們暴露于極端和破壞性條件。

然后，他們通過進(jìn)行試驗捕捉生物標(biāo)志物：白細(xì)胞介素* 和人類c反應(yīng)蛋白（這兩種生物質(zhì)通常在身體處于炎癥時升高），展示了最終器件的功效。

未來

這項研究的領(lǐng)導(dǎo)者、OIST 教授 Amy Shen 說：

“最終的目標(biāo)是創(chuàng)造定點照護(hù)器件?！?/p>

Sathish 女士繼續(xù)補充說：

“如果你讓生物感受器預(yù)先固定在微流控器件中，你將可以在需要的時候使用它們。最終，我們希望患者能夠在家進(jìn)行診斷，而無需復(fù)雜的臨床團(tuán)隊診斷你的樣本?！?/p>

參考資料

【1】https://www.oist.jp/news-center/news/2017/* /29/miniature-technology-big-hope-disease-detection

【2】Shivani Sathish et al, Microcontact printing with aminosilanes: creating biomolecule micro- and nanoarrays for multiplexed microfluidic bioassays, The Analyst (2017). DOI: 10.10* 9/C7AN0027* D

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