由于缺少早期診斷的機會，低收入國家乳腺癌患者的存活率只有40%，僅僅是發(fā)達國家的一半。但斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員開發(fā)了一種全新的方法，僅需要一臺普通的噴墨打印機，就可以生產(chǎn)便宜而且可以重復使用的診斷用途的“芯片實驗室(Lab-on-a-chip)”。

根據(jù)百度百科的解釋，芯片實驗室是指把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、生物與化學反應、分離檢測等基本操作單位集成或基本集成于一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學反應過程，并對其產(chǎn)物進行分析的一種技術。

斯坦福基因組技術中心的生物化學和遺傳學教授Ron Davis稱，新技術將單片芯片的成本降低到了1美分，將有可能像低成本基因組測序技術那樣引發(fā)醫(yī)學診斷的革命。

該技術論文于2月6日在《美國國家科學院學報》(“ Proceedings of the National Academy of ScienCES”)上發(fā)表。Davis是該論文的主要作者，基因組技術中心的另一名工程研究員Rahim Esfandyarpour則是第一作者。

斯坦福工程研究員Rahim Esfandyarpour

廉價的芯片實驗室技術能夠提高世界各地，特別是發(fā)展中國家的診斷能力。由于缺少早期診斷的機會，低收入國家乳腺癌患者的存活率只有40%，僅僅是發(fā)達國家的一半。其他的致命性疾病，比如瘧疾，結核病和艾滋病等，在發(fā)展中國家的發(fā)病率和死亡率也都比較高。考慮到很多診斷設備的高昂成本，如果能夠通過這一技術讓患者在病癥早期就獲得診斷，那么將會改變這一現(xiàn)狀。

“能夠在早期檢測出疾病是我們開展有效治療的最大機會之一。”Esfandyarpour說，“或許1美元在美國算不上什么，但是在一些發(fā)展中國家，這已經(jīng)是一筆不小的開銷。”

芯片實驗室的兩個組成部分

芯片實驗室其實可以分為兩個部分：第一部分是芯片本身，包括用于容納細胞的清潔硅膠微流體室，以及可重復使用的電子條。第二部分則是常規(guī)的噴墨打印機，它能將市售的導電納米顆粒油墨印刷到柔性聚酯片材上形成電子條。

Esfandyarpour說：“我們的目的是消除對潔凈室設施以及生產(chǎn)檢測設備所需要的專業(yè)人員的需求。”這樣一枚芯片的生產(chǎn)時間只需要20分鐘左右。

追蹤細胞往往需要使用熒光或者磁性標簽，作為一個多功能平臺，芯片實驗室能夠讓用戶在不使用熒光或者磁性標簽的前提下，對不同的細胞類型進行分析。

這種芯片是通過細胞固有的電學特性來區(qū)分細胞種類：當在噴墨打印的電子條的兩端施加電壓時，微流體室里的細胞會因為自身“極化性”的不同而朝不同的方向運動，這一過程被稱為介電泳現(xiàn)象。這種不需要標記的分析細胞的方法不僅能大幅提高精度，還縮減了此前耗時較長的標記過程。

這種方式主要針對小型樣本分析，適用于多種不同類型的試驗。研究人員展示了如何應用這種設備從樣品中捕獲單個細胞、分離罕見細胞、以及根據(jù)細胞的類型來計算細胞的個數(shù)。相比每次不同的操作需要使用不同的設備，這種多功能的生物芯片大幅降低了試驗成本。舉例來說，用于分類和技術的獨立流式細胞儀需要花費10萬美元，而且這還沒考慮操作成本。

“診斷民主化”的潛力

“我們最初的動機就是為了研究如何普及診斷技術，以及如何降低現(xiàn)有技術的成本”，Davis說。

這種芯片的低廉成本能夠讓診斷技術更普及、更民主化，類似于低成本的基因組測序引發(fā)的醫(yī)療保健和個性化醫(yī)療的革命。低廉的測序技術讓臨床醫(yī)生能夠對腫瘤的DNA進行分析，鑒定特定的突變序列，并為病人推薦個性化治療方案。同樣的，芯片實驗室也有在癌癥早期探測血液中腫瘤細胞的潛力。

“該項技術不僅能推動醫(yī)療保健的變革，還能夠加速基礎和應用領域的研究進程。它讓科學家和臨床醫(yī)生能夠在更短的時間里分析更多的細胞，操縱干細胞實現(xiàn)有效的基因轉移，以及開發(fā)更高效的診斷疾病的方法。”Esfandyarpour說。目前，團隊希望這種芯片能夠改變科研人員在實驗室使用實驗儀器的方式。“我確定，這項技術將會為研究人員打開一扇窗，因為它讓實驗過程變得更加簡單：打印，使用。”他說。

這項工作室斯坦福大學為精確醫(yī)療做出的努力之一，其目的是預測和預防疾病，將疾病扼殺在“襁褓之中”。