科学家无需泵和管道即可进行便携式全化学分析

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东京都立大学的研究人员设计了一种新的微全面分析系统,可以在微流体芯片中量化目标化学物质,而无需泵、管道和昂贵的探测器。该化合物与其他化学物质反应产生气体,将墨水沿着通道推入相连的室中。内置光探测器有助于测量流速,从而可以测量原始化学品。新设备的便携性使得床边定量临床分析成为可能。

微流体是一项革命性技术,可以用极少的化学品提供精密化学。通过将薄通道和腔室蚀刻到可放入手掌的紧凑芯片中,可以在高度并行的反应条件阵列中使用微升量的液体完成化学反应,从而节省时间、成本和环境。

最近,化学物质的定量检测也已被纳入这些微型设备中。这些微型全分析系统(micro-TAS)有望提供完整的化学分析,充分利用微流体的所有优点。

然而,为了驱动通道和腔室周围的流动,微流体需要泵、将流体耦合到通道中的管道,以及昂贵的光源和探测器来直接测量光信号,以告诉我们通道中有多少不同的化学物质。这使得基于小型化和便携性的方法远不如最初提出的那么实用。

但现在,东京都立大学副教授HizuruNakajima领导的团队提出了一种全新的定量方法,可以完全摆脱额外的硬件。该研究发表在《MicrochimicaActa》杂志上。

他们想出了一个系统,其中一些感兴趣的化合物(分析物)会产生气体;分析物越多,气体产生的速度越快。这种超压有助于沿着连接的通道驱动墨水。

当墨水流动时,它会阻挡到达沿通道印刷的两个有机光电探测器(OPD)的室内光线,从而帮助测量流速。由于光只需要被深色墨水阻挡,因此所需的检测便宜且简单。由于流动是由气体产生驱动的,因此没有泵,也没有管道。

他们通过测量C反应蛋白(CRP)的量来展示他们的系统,CRP是一种与免疫系统反应相关的蛋白质。

首先,将含有CRP的溶液加入到小室中;CRP越多,在经过特殊处理的腔室壁上的附着力就越强。然后添加涂有CRP抗体和过氧化氢酶的纳米颗粒;CRP越多,墙上留下的纳米粒子和过氧化氢酶就越多。添加过氧化氢后,过氧化氢酶有助于产生氧气,从而完成分析物(在本例中为CRP)和墨水流之间的循环。

与常用的、硬件密集程度更高的方法也有很好的一致性。鉴于该团队的新芯片易于携带,他们相信微型TAS将在床边临床诊断或现场环境分析中得到更多应用。

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