一款受到《星艦迷航記》(Star Trek)三度儀(tricorder)啟發(fā)而且能針對癌癥或心臟病進行快速準(zhǔn)確診斷的可攜式裝置即將實現(xiàn)。蘇格蘭科學(xué)家表示，他們開發(fā)的裝置可望造福世界各地的人們，更快地獲得迅速準(zhǔn)確的醫(yī)療診斷。
英國蘇格蘭格拉斯哥大學(xué)(University of Glasgow)的研究人員開發(fā)出一種新的“多度儀”(multicorder)，可配對手持式CMOS感測器以及基于Android的智慧型手機或平板電腦應(yīng)用程式(App)，用于測量患者體液樣本中的各種代謝物濃度，從而有助于簡化慢性心臟病和前列腺癌的檢測。
該裝置具備同步快速檢測和量化多種代謝生物標(biāo)記的能力，使其特別適用于心臟病發(fā)作、癌癥和中風(fēng)等情況，在這些病發(fā)時能快速診斷對于有效治療極其關(guān)重要。
研究人員在其發(fā)表于《生物感測器與生物電子》(Biosensors and Bioelectronics)期刊中的“單晶片同步測量多種疾病相關(guān)代謝物的整合型可攜式系統(tǒng)”(An integrated portable system for single chip simultaneous measurement of multiple disease associated metabolites.)一文中介紹，該CMOS晶片表面由一個被分為多個反應(yīng)區(qū)的16 × 16畫素陣列組成(其實是4個獨立的微孔，每個微孔用于一種特定代謝物)，以同時檢測并量化來自血清或尿液等體液的4種代謝物。該裝置能以任何Android平板電腦或智慧型手機進行操作，提供資料擷取、運算、可視化和電源等。
該裝置能以任何Android手機或平板電腦進行操作（來源：University of Glasgow）
該論文的主要作者、格拉斯哥大學(xué)工程學(xué)院教授Samadhan Patil表示，“我們已經(jīng)能夠用這種裝置同步檢測和測量與心肌梗塞、心臟病和前列腺癌有關(guān)的多種代謝物了。該裝置具備在早期階段追蹤疾病進展的潛力，非常適合醫(yī)生對病情發(fā)展的預(yù)后?！?/p>
內(nèi)建晶片比指尖更小，并分為多個反應(yīng)區(qū)（來源：University of Glasgow）
該研究計劃的首席研究員David Cumming補充說：“能夠精確測量代謝物的低成本手持式診斷裝置，開啟了廣泛的醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域；隨著這一最新發(fā)展，讓我們更進一步將這樣的裝置推向市場。這是一項令人興奮的突破，我們渴望繼續(xù)發(fā)展迄今所開發(fā)的技術(shù)?！?/p>
研究人員表示，這種手持式裝置提供了代謝物組學(xué)(metabolomics)的民主化，使其得以從實驗室走出來，并為研究不同疾病的復(fù)雜途徑提供一種低成本的替代方案。
晶片細節(jié)
研究人員在文中介紹該晶片感測器尺寸為3.4mm×3.6mm，采用艾邁斯半導(dǎo)體(ams) 350nm三阱(triple-well)制程。該晶片采用Cadence Virtuoso軟體套件設(shè)計，搭載16×16感測器畫素陣列，有效面積為1.6mm×1.6mm。
該CMOS晶片的有效面積(具有感測器畫素陣列)表面由4個600 ?m × 600 ?m x 1500 ?m (高)的聚二甲基矽氧烷(PDMS)微塊加以保護。這些PDMS微塊具有兩種作用：作為犧牲材料，幫助塑造黑色環(huán)氧樹脂的微鑄件以制造微孔；其次，保護CMOS晶片的主動畫素陣列區(qū)域免受環(huán)氧樹脂的損壞或經(jīng)由刮痕造成的物理損壞。這些PDMS微塊使用覆晶接合器(Semiconductor Equipment Corporation, Model 850)的輔助平移臺，小心地放置于主動畫素陣列的頂部。
(a) 搭載16 x 16感測器畫素陣列的CMOS感測器晶片(b) 顯示單一感測器畫素的晶片放大圖
將環(huán)氧樹脂混合物小心地傾析在PDMS微塊周圍的CMOS晶片表面和接觸墊上。在最高溫度60°C過夜固化會導(dǎo)致環(huán)氧樹脂硬化。將約8mm高的透明塑料環(huán)放置在陶瓷晶片載體上的CMOS晶片周圍以形成反應(yīng)細胞。使用黑色環(huán)氧樹脂的選擇性微腔鑄造制造出4個象限隔離壁。這些微孔具有移液管通道，這意味著它不需要微管或泵來處理液體，從而避免了復(fù)雜的液體處理程序。該方法還允許試劑與微孔瞬時混合，避免微管可能引入的流體行進延遲，以縮短測定時間。