明尼苏达大学双城研究团队开发了一种新的微流体芯片，用于诊断使用最少数量的组件，并且可以由智能手机无线供电。这项创新为更快，更实惠的家庭医疗测试打开了大门。

研究人员的论文发表在自然通讯，由自然研究发表的一本同行评审，开放访问，科学期刊。研究人员还在努力将技术商业化。

微流体涉及对液体的研究和操纵，以非常小的规模。该领域最受欢迎的应用之一是开发“芯片上的实验室”技术，或者可以创建可以从非常小的生物样品，血液或尿液中诊断疾病的设备的能力。

科学家已经拥有用于诊断某些疾病的便携式设备，即rapid covid-19抗原测试。但是，工程更复杂的诊断芯片的巨大障碍，例如，可以识别COVID-19的特定菌株或测量葡萄糖或胆固醇等生物标志物的特定菌株，这是他们需要这么多运动部件的事实。

像这样的芯片将需要材料将液体密封内部，泵和管道以操纵液体，并用电线激活这些泵，这些泵都难以缩放到微型水平。明尼苏达大学双城的研究人员能够创建一个微流体设备，该设备在没有所有这些笨重的组件的情况下起作用。

明尼苏达大学双城电气和计算机工程系的教授桑·霍·哦（Sang-Hyun Oh）说：“在电子设备扩展方面，研究人员在电子设备缩放方面取得了极大的成功，但是处理液体样品的能力尚未保持。”研究的作者。“毫不夸张的是，一个最先进的微流体实验室芯片系统的劳动力很大。我们的想法是，我们可以完全摆脱盖子，电线和泵，使其简单吗？”

许多实验室芯片技术通过将液滴移动到微芯片上来检测样品内的病毒病原体或细菌。明尼苏达大学研究人员的解决方案的灵感来自一种奇特的现实世界现象，葡萄酒饮用者会熟悉该现象 - 由于酒精蒸发引起的表面张力，葡萄酒瓶中形成了“腿”或长滴。

Using a technique pioneered by Oh’s lab in the early 2010s, the researchers placed tiny electrodes very close together on a 2 cm by 2 cm chip, which generate strong electric fields that pull droplets across the chip and create a similar “leg” of liquid to detect the molecules within.

由于电极如此紧密地放置在一起（两者之间只有10纳米的空间），因此所得的电场非常强，以至于芯片只需要小于电压的电力才能发挥作用。这种难以置信的低压所需的电压使研究人员可以使用智能手机的近场通信信号激活诊断芯片，这是商店中非接触式支付的相同技术。

这是研究人员第一次能够使用智能手机无线地激活狭窄的通道，而无需微流体结构，为更便宜，更容易访问的家庭诊断设备铺平了道路。

“这是一个非常令人兴奋的新概念，”该研究的首席作者克里斯托弗·埃特斯加德（Christopher Ertsgaard）和最近的CSE校友（ECE博士学位’20）说。“在这个大流行期间，我认为每个人都意识到了在家，快速，护理诊断的重要性。而且有可用的技术，但是我们需要更快，更敏感的技术。通过缩放和高密度制造，我们可以将这些复杂的技术以更实惠的成本带入家庭诊断。”

OH的实验室正在与制造在家诊断设备的明尼苏达州初创公司Grip Molecular Technologies合作，以商业化Microchip平台。该芯片的设计目的是在液态样品中具有广泛的应用用于检测病毒，病原体，细菌和其他生物标志物的应用。

Grip Molecular Technologies的创始人兼总裁Bruce Batten说：“要在商业上取得成功，家庭诊断必须是低成本且易于使用的。”“低压流体运动，例如OH教授的团队所取得的成就，使我们能够满足这两个要求。格里普（Grip）有幸与明尼苏达大学（University of Minnesota）合作就我们的技术平台开发。将基本和转化研究联系起来对于开发创新的变革产品管道至关重要。”

参考：Ertsgaard CT，Yoo D，Christenson PR，Klemme DJ，OH SH。通过谐振无线电源传输的开放通道微流体。纳特社区。2022; 13（1）：1869。doi：10.1038/S41467-022-29405-2

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