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建自己的診斷程序

麻省理工學院小型設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)診斷設備。這些“即插即用”設備需要很少的專業(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?shù)鼗颊呷后w，”麻省理工學院小設備實驗室聯(lián)合主任，安娜楊說。在醫(yī)學工程和科學研究所，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。其他作者包括大學工程學副教授Kimberly Hamad-Schifferli。波士頓的馬薩諸塞州和麻省理工學院機械工程系的訪問科學家; Nikolas Albarran，Little Devices Lab的高級工程師; 喬納巴特勒，麻省理工學院的大三學生; 還有小設備實驗室的前訪問學生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)生的化學反應的小型便攜式診斷設備。許多這些測試都使用橫向流動技術，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備的設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備一樣。

“當電子面包板問世時，這意味著人們不必擔心自己建造電阻器或電容器。他們可能會擔心他們實際上想要使用電子設備，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，表明陽性結果。

這些塊可以以不同方式對齊，允許用戶基于一個反應或一系列反應創(chuàng)建診斷。在一個例子中，研究人員結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置的指令更容易組裝預先設計的設備。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)設備來監(jiān)測患者對結核病治療的依從性，并測試一種使瘧疾更難以治療的遺傳變異。

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

“通過減少設計新的醫(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建的可能性很大。”

研究人員正在研究大規(guī)模制造技術，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，”Young說。