以馬赫-曾德爾干涉儀為例，混合光子-微流控芯片的工作原理。斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所

來自Skoltech，HSE，MPGU和MISIS的聯(lián)合研究小組開發(fā)了一種用于生化分析的緊湊型傳感器，為“芯片實(shí)驗(yàn)室”的發(fā)展開辟了新的領(lǐng)域。以牛血清白蛋白膜為例，研究人員證明了芯片表面可以適用于多組分溶液的選擇性分析。除了僅用3至5微升血液即可進(jìn)行準(zhǔn)確的血液測(cè)試外，該芯片還將幫助醫(yī)生檢測(cè)特定的疾病標(biāo)志物。該研究發(fā)表在《分析化學(xué)》上。

“雖然只有五盧布硬幣，但該芯片可以容納數(shù)十個(gè)敏感設(shè)備和微流體通道。此外，您可以修改傳感器的表面并創(chuàng)建芯片實(shí)驗(yàn)室原型，“MIEM HSE和MPGU教授，新技術(shù)的共同開發(fā)Grigory Goltsman指出。

幾乎每次體檢都從測(cè)試開始，常見的是顯示血紅蛋白、紅細(xì)胞和血細(xì)胞水平等的血細(xì)胞計(jì)數(shù)。有時(shí)只需要一個(gè)組件來評(píng)估患者的病情。例如，您可能需要確定外泌體的數(shù)量 - 大量可能是癌癥征兆的微觀細(xì)胞外囊泡。

出于測(cè)試目的，實(shí)驗(yàn)室使用敏感的傳感器，其表面覆蓋有特殊涂層，僅與特定的外泌體結(jié)合，并從溶液中挑選出來進(jìn)行分析。某些設(shè)備需要多步驟程序，包括涂覆和另一臺(tái)儀器的質(zhì)量檢查。作者展示了一種通過使用片上傳感器檢查表面質(zhì)量來簡(jiǎn)化測(cè)試的方法。

為此，他們?cè)谛酒�襯底上涂上了薄蛋白膜，并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。該芯片由三部分組成：攜帶物質(zhì)的微流體通道、涂層下方的氮化硅襯底和用于測(cè)量物質(zhì)光密度的光子集成電路（PIC）。微流體通道位于PIC器件的敏感部分上方。

在馬赫-曾德爾干涉儀中，注入系統(tǒng)的光束被分成兩部分，一部分直接進(jìn)入包含該物質(zhì)的微流體通道上方的上臂，另一部分進(jìn)入下臂進(jìn)行比較，不受任何影響。光密度的變化是從下臂和上臂之間的光程長(zhǎng)度的差異中發(fā)現(xiàn)的。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員將蛋白質(zhì)和單寧酸薄膜逐層沉積到PIC的敏感表面上。通過微流體通道泵送牛血清白蛋白后，他們用去離子水沖洗掉多余的白蛋白，泵入單寧酸，重新涂覆蛋白質(zhì)涂層，并使用干涉儀的光學(xué)讀數(shù)實(shí)時(shí)分析每層的沉積過程。

“芯片上的光學(xué)傳感器具有高靈敏度，但對(duì)解決方案組件的特異性較低。首先，我們通過在表面涂上一層對(duì)單一組分敏感的分子來成功地提高它們的特異性。其次，傳感器本身實(shí)時(shí)監(jiān)控涂層過程，“Skoltech教授Dmitry Gorin解釋道。

該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究“芯片實(shí)驗(yàn)室”，這是一種可以使用小體積的生物樣本（例如一滴血）同時(shí)分析多種成分的設(shè)備。為此，研究人員計(jì)劃增加芯片上的PIC數(shù)量。

“同時(shí)操作芯片上的所有傳感器，并修改每個(gè)通道的表面將有助于檢查3至5微升血液中的標(biāo)志物并提出初步診斷，”HSE畢業(yè)生，Skoltech博士生Aleksei Kuzin說。