模塊化的模塊可以使世界各地的實驗室能夠廉價且輕松地構(gòu)建自己的診斷程序

麻省理工學(xué)院小型設(shè)備實驗室的研究人員開發(fā)了一套模塊化模塊，這些模塊可以以不同的方式組合在一起，以生產(chǎn)診斷設(shè)備。這些“即插即用”設(shè)備需要很少的專業(yè)知識來組裝，可以測試糖尿病患者的血糖水平或檢測病毒感染等功能。

“我們的長期動機是讓小型，低資源的實驗室能夠創(chuàng)建自己的即插即用診斷庫，獨立地治療當(dāng)?shù)鼗颊呷后w，”麻省理工學(xué)院小設(shè)備實驗室聯(lián)合主任，安娜楊說。在醫(yī)學(xué)工程和科學(xué)研究所，該論文的主要作者之一。

使用這個名為Ampli block的系統(tǒng)，麻省理工學(xué)院的團隊正致力于檢測癌癥，以及寨卡病毒和其他傳染病。這些木塊價格便宜，四塊砌塊耗資約6美分，不需要冷藏或特殊處理，因此非常適合發(fā)展中國家使用。

“我們將這些建筑套件視為降低制造醫(yī)療技術(shù)壁壘的一種方式，”Little Devices Lab的聯(lián)合主任，該論文的高級作者Jose Gomez-Marquez說。

伊麗莎白菲利普斯13 歲，普渡大學(xué)的研究生，也是該論文的主要作者，該論文于5月16日刊登在高級醫(yī)療保健材料雜志上。其他作者包括大學(xué)工程學(xué)副教授Kimberly Hamad-Schifferli。波士頓的馬薩諸塞州和麻省理工學(xué)院機械工程系的訪問科學(xué)家; Nikolas Albarran，Little Devices Lab的高級工程師; 喬納巴特勒，麻省理工學(xué)院的大三學(xué)生; 還有小設(shè)備實驗室的前訪問學(xué)生Kaira Lujan。

在過去的十年中，許多研究人員一直在研究基于紙帶上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的小型便攜式診斷設(shè)備。許多這些測試都使用橫向流動技術(shù)，這與家庭妊娠試驗中使用的方法相同。

盡管做了這些努力，但這些測試尚未得到廣泛部署。Gomez-Marquez說，其中一個障礙是許多這些設(shè)備的設(shè)計都沒有考慮到大規(guī)模的可制造性。另一個原因是公司可能對大規(guī)模生產(chǎn)不會影響大量人群的疾病的診斷感興趣。

小設(shè)備實驗室的研究人員意識到，如果他們創(chuàng)建了一個模塊化組件套件，可以將這些診斷信息交付給更多人，他們可以將這些組件組合在一起，以生成用戶所需的內(nèi)容。為此，他們已經(jīng)創(chuàng)建了大約40個不同的構(gòu)建模塊，世界各地的實驗室工作人員可以輕松地自行組裝，就像人們在20世紀70年代開始從商用電子“面包板”組裝他們自己的無線電和其他電子設(shè)備一樣。

“當(dāng)電子面包板問世時，這意味著人們不必擔(dān)心自己建造電阻器或電容器。他們可能會擔(dān)心他們實際上想要使用電子設(shè)備，這就是制造整個電路，”Gomez-Marquez說。

在這種情況下，部件由夾在塑料或金屬塊和玻璃蓋之間的一張紙或玻璃纖維組成。每個邊緣約半英寸的塊可沿任何邊緣咬合在一起。一些塊包含樣品直接流過的通道，一些塊有轉(zhuǎn)彎，一些塊可以從移液管接收樣品或?qū)⒍喾N試劑混合在一起。

這些塊還可以執(zhí)行不同的生化功能。許多含有可以檢測血液或尿液樣本中特定分子的抗體。這些抗體與存在靶分子時改變顏色的納米顆粒連接，表明陽性結(jié)果。

這些塊可以以不同方式對齊，允許用戶基于一個反應(yīng)或一系列反應(yīng)創(chuàng)建診斷。在一個例子中，研究人員結(jié)合檢測三種不同分子的嵌段來創(chuàng)建異煙酸測試，這可以揭示結(jié)核病患者是否正在服用他們的藥物。

這些塊按功能進行顏色編碼，使用研究人員計劃在線設(shè)置的指令更容易組裝預(yù)先設(shè)計的設(shè)備。他們還希望用戶能夠開發(fā)并為在線指南貢獻自己的規(guī)范。

更好的性能

研究人員還表明，在某些方面，這些塊可以勝過以前版本的紙張診斷設(shè)備。例如，他們發(fā)現(xiàn)他們可以多次在測試條上來回運行樣品，從而增強信號。這樣可以更容易從尿液和唾液樣本中獲得可靠的結(jié)果，這些樣本通常比血液樣本更稀釋，但更容易從患者身上獲得。

該團隊目前正在研究人類乳頭狀瘤病毒，瘧疾和萊姆病等疾病。他們還致力于研究可以合成有用化合物的嵌段，包括藥物，以及包含LED等電子元件的嵌段。

最終目標是將技術(shù)交付給工業(yè)化國家和發(fā)展中國家的小型實驗室，以便他們可以創(chuàng)建自己的診斷。麻省理工學(xué)院的團隊已經(jīng)將他們送到智利和尼加拉瓜的實驗室，在那里他們被用來開發(fā)設(shè)備來監(jiān)測患者對結(jié)核病治療的依從性，并測試一種使瘧疾更難以治療的遺傳變異。

波士頓大學(xué)研究副院長兼生物醫(yī)學(xué)工程副教授Catherine Klapperich表示，麻省理工學(xué)院團隊的工作將有助于使診斷設(shè)計過程更具包容性。

“通過減少設(shè)計新的醫(yī)療點紙流體的障礙，這項工作邀請了非專業(yè)人士，并肯定會在世界各地的環(huán)境中產(chǎn)生新的想法和合作，”沒有參與該研究的Klapperich說。“這里介紹的系統(tǒng)的實際演示將立即變得有用，而其他人在工具上構(gòu)建的可能性很大。”

研究人員正在研究大規(guī)模制造技術(shù)，他們希望成立一家公司，在世界各地制造和分銷這些工具。

“我們很高興能夠向其他研究人員開放平臺，以便他們可以使用這些模塊并產(chǎn)生自己的反應(yīng)，”Young說。