科学家无需泵和管道即可进行便携式全化学分析

发布时间：2024-02-29 16:24:25 栏目：精选知识

导读 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，可以在微流体中量化目标化学物质，无需泵、管道和昂贵的检测器。该化合物与其他化学...

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，可以在微流体中量化目标化学物质，无需泵、管道和昂贵的检测器。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 Hizuru Nakajima 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。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。

研究小组证明，即使存在免疫球蛋白 G (IgG) 和人血清白蛋白等常见蛋白质，也可以准确检测人血清中的 CRP 浓度。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。

这项工作得到了 JSPS KAKENHI 拨款号 21H03578 和 22K14709、东京都政府和东京都政府传染病研究项目的支持。