關(guān)于微接觸印刷技術(shù)作用的信息

導讀

醫療診斷技術(shù)正走向更簡(jiǎn)單、更廉價(jià)、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(kāi)發(fā)出一種新的打印步驟，改進(jìn)了傳統的微接觸印刷技術(shù)。

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微流控技術(shù)、納米、醫學(xué)

背景

醫學(xué)界的技術(shù)創(chuàng )新趨勢一直都是更準確、更簡(jiǎn)單、更快速、更廉價(jià)、更便攜，不斷改善治療效果，提升病人醫療體驗，降低醫療成本。對此，筆者過(guò)去曾在多篇文章中都有過(guò)介紹，相關(guān)文章整理到在醫療電子創(chuàng )新專(zhuān)題和生物傳感器與芯片實(shí)驗室專(zhuān)題兩個(gè)專(zhuān)題中。

通過(guò)以往的相關(guān)介紹，對于醫學(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）中的疾病生物標志物的濃度，再基于樣本中的生物標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(chēng)為“捕捉生物標志物”的分子，附著(zhù)于某種材料的表面之上。然后，研究人員可以記錄生物標志物的充裕度，并判斷這種水平是否正常，以及是否達到診斷標準。

然而這些器件的效率依賴(lài)于附著(zhù)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，是一項極具挑戰性的工作。過(guò)去二十年以來(lái)，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，且具有多項應用。

（圖片來(lái)源：OIST）

目前，這種方法也存在缺點(diǎn)，特別是在納米級（蛋白質(zhì)和DNA所處的級別）應用時(shí)。在納米級別，目前這種嚴苛而精心設計的技術(shù)對于器件會(huì )產(chǎn)生一定危害，無(wú)論是扭曲圖章或者是損害生物感受器，所以其產(chǎn)出的數據對于診斷和其他方面的應用來(lái)說(shuō)有些難以管理。

創(chuàng )新

針對上述問(wèn)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(kāi)發(fā)出一種新的打印步驟，改進(jìn)了傳統的微接觸印刷技術(shù)。他們將相關(guān)論文發(fā)表于《分析師》雜志。

（圖片來(lái)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(gè)表面，然后你就可以在這個(gè)表面上創(chuàng )作你的圖案，就這么簡(jiǎn)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(lèi)似于我們日常所用的橡皮圖章；墨水是由硅和含氧分子也稱(chēng)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；結果在玻璃（一種棋盤(pán)般的區域，具有或者不具有APTES）之上，就會(huì )形成APTES圖案層；下一步，這種含有一個(gè)或者多個(gè)微流體通道的微流控器件經(jīng)過(guò)配置后，引導流體通過(guò)特殊路徑，通過(guò)玻璃圖案密封起來(lái)；最后，這種生物感受器與微流體通道內的APTES區域，以化學(xué)的方法連接起來(lái)。

（圖片來(lái)源：OIST）

這種系統現在正準備用于疾病的診斷分析。為了開(kāi)展這種化驗，來(lái)自于患者的液體樣本流過(guò)玻璃上的微流體器件。如果出現相關(guān)疾病的生物標志物，分子將“粘在”含有生物感受器的區域。

價(jià)值

APTES溶液重點(diǎn)優(yōu)勢是其化學(xué)過(guò)程的便捷性。Sathish 女士解釋道：

“根據你感興趣的生物感受器，你只需要選擇適當的化學(xué)過(guò)程將分子和APTES關(guān)聯(lián)起來(lái)?！?/p>

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

在他們的研究中，Sathish 女士和同事們開(kāi)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A(yíng)PTES的納米特征進(jìn)行圖案化，與嚴苛的化學(xué)物質(zhì)相比，

它消除了圖章溶脹的現象。

在對于A(yíng)PTES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(gè)過(guò)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(guò)進(jìn)行試驗捕捉生物標志物：白細胞介素* 和人類(lèi)c反應蛋白（這兩種生物質(zhì)通常在身體處于炎癥時(shí)升高），展示了最終器件的功效。

未來(lái)

這項研究的領(lǐng)導者、OIST 教授 Amy Shen 說(shuō)：

“最終的目標是創(chuàng )造定點(diǎn)照護器件?！?/p>

Sathish 女士繼續補充說(shuō)：

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